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用PHP websocket实现网页实时聊天 怎样用PHP websocket实现网页实时聊天

枕边书   2021-05-26 我要评论
想了解怎样用PHP websocket实现网页实时聊天的相关内容吗枕边书在本文为您仔细讲解用PHP websocket实现网页实时聊天的相关知识和一些Code实例欢迎阅读和指正我们先划重点:php,websocket,php,聊天室下面大家一起来学习吧。

前言

最近艰难地“挤”出了一点时间完善了很早之前做的 websocket “请求-原样返回”服务器用js完善了下客户端功能把过程和思路分享给大家顺便也普及一下 websocket 相关的知识当然现在讨论 websocket 的文章也特别多有些理论性的东西我也就略过了给出参考文章供大家选择阅读。

正文开始前先贴一张聊天室的效果图(请不要在意CSS渣的页面):

websocket

简介

WebSocket 不是一门技术而是一种全新的协议。它应用 TCP 的 Socket(套接字)为网络应用定义了一个新的重要的能力:客户端和服务器端的双全工传输和双向通信。是继 Java applets、 XMLHttpRequest、 Adobe Flash,、ActiveXObject、 各类 Comet 技术之后服务器推送客户端消息的新趋势。

与http的关系

在网络分层上websocket 与 http 协议都是应用层的协议它们都是基于 tcp 传输层的但是 websocket 在建立连接时是借用 http 的 101 switch protocol 来达到协议转换(Upgrade)的从 HTTP 协议切换成 WebSocket 通信协议,这个动作协议中称“握手”;

握手成功后websocket 就使用自己的协议规定的方式进行通讯跟 http 就没有关系了。

握手

以下是一个我自己的浏览器发送的典型的握手 http 头:

服务器收到握手请求后提取出请求头中的 “Sec-WebSocket-Key” 字段追回一个固定的字符串 ‘258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11' 然后进行 sha1 加密最后转换为 base64 编码作为 key 以 “Sec-WebSocket-Accept” 字段返回给客户端客户端匹配此 key 后便建立了连接完成了握手;

数据传输

websocket 有自己规定的数据传输格式称为 帧(Frame)下图是一个数据帧的结构其中单位为bit:

  0                   1                   2                   3

  0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

 +-+-+-+-+-------+-+-------------+-------------------------------+

 |F|R|R|R| opcode|M| Payload len |    Extended payload length    |

 |I|S|S|S|  (4)  |A|     (7)     |             (16/64)           |

 |N|V|V|V|       |S|             |   (if payload len==126/127)   |

 | |1|2|3|       |K|             |                               |

 +-+-+-+-+-------+-+-------------+ - - - - - - - - - - - - - - - +

 |     Extended payload length continued, if payload len == 127  |

 + - - - - - - - - - - - - - - - +-------------------------------+

 |                               |Masking-key, if MASK set to 1  |

 +-------------------------------+-------------------------------+

 | Masking-key (continued)       |          Payload Data         |

 +-------------------------------- - - - - - - - - - - - - - - - +

 :                     Payload Data continued ...                :

 + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - +

 |                     Payload Data continued ...                |

 +---------------------------------------------------------------+

具体每个字段是什么意思有兴趣的可以看一下这篇文章 The WebSocket Protocol 5.数据帧 感觉自己对二进制的操作还不是很灵活也就没有挑战自己写算法解析数据了下面的数据帧解析和封装都是使用的网上的算法。

不过我工作中写支付网关中还是会经常用到数据的进制操作的这个一定是要仔细研究总结一下的嗯先记下。

PHP 实现 websocket 服务器

PHP 实现 websocket 的话主要是应用 PHP 的 socket 函数库:

PHP 的 socket 函数库跟 C 语言的 socket 函数非常类似以前翻过一遍 APUE, 所以觉得还挺好理解。在 PHP 手册中看一遍 socket 函数我想大家也能对 php 的 socket 编程有一定的认识。

下面会在代码中对所用函数进行简单的注释。

文件描述符

忽然提及'文件描述符'大家可能会有些奇怪。

但作为服务器是必须要对已经连接的 socket 进行存储和识别的。每一个 socket 代表一个用户如何关联和查询用户信息与 socket 的对应就是一个问题了这里便应用了关于文件描述符的一点小技巧。

我们知道 linux 是'万物皆文件'的C 语言的 socket 的实现便是一个个的'文件描述符‘ 这个文件描述符一般是打开文件的顺序递增的 int 数值从 0 一直递增(当然系统是有限制的)。每一个 socket 都对应一个文件读写 socket 都是操作对应的文件所以也能像文件系统一样应用 read 和 write 函数。

tips: linux 中 标准输入对应的是文件描述符 0;标准输出对应的文件描述符是 1; 标准错误对应的文件描述符是 2;所以我们可以使用 0 1 2对输入输出重定向。

那么类似于 C socket 的 PHP socket 自然也继承了这一点它创建的 socket 也是类型于 int 值为 4 5 之类的资源类型。 我们可以使用 (int) 或 intval() 函数把 socket 转换为一个唯一的ID从而可以实现用一个 '类索引数组‘ 来存储 socket 资源和对应的用户信息;

结果类似:

$connected_sockets = array(
    (int)$socket => array(
        'resource' => $socket,
        'name' => $name,
        'ip' => $ip,
        'port' => $port,
        ...
    )
)

创建服务器socket

下面是一段创建服务器 socket 的代码:

// 创建一个 TCP socket, 此函数的可选值在官方文档中写得十分详细这里不再提了
$this->master = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP);
// 设置IP和端口重用,在重启服务器后能重新使用此端口;
socket_set_option($this->master, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, 1);
// 将IP和端口绑定在服务器socket上;
socket_bind($this->master, $host, $port);
// listen函数使主动连接套接口变为被连接套接口使得此 socket 能被其他 socket 访问从而实现服务器功能。后面的参数则是自定义的待处理socket的最大数目并发高的情况下这个值可以设置大一点虽然它也受系统环境的约束。
socket_listen($this->master, self::LISTEN_SOCKET_NUM);

这样我们就得到一个服务器 socket当有客户端连接到此 socket 上时它将改变状态为可读那就看接下来服务器的处理逻辑了。

服务器逻辑

这里着重讲一下 socket_select($read, $write, $except, $tv_sec [, $tv_usec]):

select 函数使用传统的 select 模型可读、写、异常的 socket 会被分别放入 $socket, $write, $except 数组中,然后返回 状态改变的 socket 的数目如果发生了错误函数将会返回 false.

需要注意的是最后两个时间参数它们只有单位不同可以搭配使用用来表示 socket_select 阻塞的时长为0时此函数立即返回可以用于轮询机制。 为 NULL 时函数会一直阻塞下去, 这里我们置 $tv_sec 参数为null让它一直阻塞直到有可操作的 socket 返回。

下面是服务器的主要逻辑:

$write = $except = NULL;
$sockets = array_column($this->sockets, 'resource'); // 获取到全部的 socket 资源
$read_num = socket_select($sockets, $write, $except, NULL);

foreach ($sockets as $socket) {
        // 如果可读的是服务器 socket, 则处理连接逻辑;            
        if ($socket == $this->master) {
            socket_accept($this->master);
            // socket_accept() 接受 请求 “正在 listen 的 socket(像我们的服务器 socket )” 的连接, 并一个客户端 socket, 错误时返回 false;
             self::connect($client);
             continue;
            }
        // 如果可读的是其他已连接 socket ,则读取其数据,并处理应答逻辑
        } else {
            // 函数 socket_recv() 从 socket 中接受长度为 len 字节的数据并保存在 $buffer 中。
            $bytes = @socket_recv($socket, $buffer, 2048, 0);

            if ($bytes < 9) {
                // 当客户端忽然中断时服务器会接收到一个 8 字节长度的消息(由于其数据帧机制8字节的消息我们认为它是客户端异常中断消息)服务器处理下线逻辑并将其封装为消息广播出去
                $recv_msg = $this->disconnect($socket);
            } else {
                // 如果此客户端还未握手执行握手逻辑
                if (!$this->sockets[(int)$socket]['handshake']) {
                    self::handShake($socket, $buffer);
                    continue;
                } else {
                    $recv_msg = self::parse($buffer);
                }
            }

            // 广播消息
            $this->broadcast($msg);
        }
    }
}

这里只是服务器处理消息的基础代码日志记录和异常处理都略过了而且还有些数据帧解析和封装的方法各位也不一定看爱有兴趣的可以去 github 上支持一下我的源码~~

此外为了便于服务器与客户端的交互我自己定义了 json 类型的消息格式形似:

$msg = [
    'type' => $msg_type, // 有普通消息上下线消息服务器消息
    'from' => $msg_resource, // 消息来源
    'content' => $msg_content, // 消息内容
    'user_list' => $uname_list, // 便于同步当前在线人数与姓名
    ];

客户端

创建客户端

前端我们使用 js 调用 Websocket 方法很简单就能创建一个 websocket 连接服务器会为帮我们完成连接、握手的操作js 使用事件机制来处理浏览器与服务器的交互:

// 创建一个 websocket 连接
var ws = new WebSocket("ws://127.0.0.1:8080");

// websocket 创建成功事件
ws.onopen = function () {
};

// websocket 接收到消息事件
ws.onmessage = function (e) {
    var msg = JSON.parse(e.data);
}

// websocket 错误事件
ws.onerror = function () {
};

发送消息也很简单直接调用 ws.send(msg) 方法就行了。

页面功能

页面部分主要是让用户使用起来方便这里给消息框 textarea 添加了一个键盘监控事件当用户按下回车键时直接发送消息;

function confirm(event) {
    var key_num = event.keyCode;
    if (13 == key_num) {
        send();
    } else {
        return false;
    }
}

还有用户打开客户端时生成一个默认唯一用户名;

然后是一些对数据的解析构造对客户端页面的更新这里就不再啰嗦了感兴趣的可以看源码。

用户名异步处理

这里不得不提一下用户登陆时确定用户名时的一个小问题我原来是想在客户端创建一个连接后直接发送用户名到服务器可是控制台里报出了 “websocket 仍在连接中或已关闭” 的错误信息。

Uncaught DOMException: Failed to execute 'send' on 'WebSocket': Still in CONNECTING state.

考虑到连接可能还没处理好我就实现了 sleep 方法等了一秒再发送用户名可是错误仍然存在。

后来忽然想到 js 的单线程阻塞机制才明白使用 sleep 一直阻塞也是没有用的利用好 js 的事件机制才是正道:于是在服务器端添加逻辑在握手成功后向客户端发送握手已成功的消息;客户端先将用户名存入一个全局变量接收到服务器的握手成功的提醒消息后再发送用户名于是成功在第一时间更新用户名。

总结

聊天室扩展方向

简易聊天室已经完成当然还要给它带有希望的美好未来希望有人去实现

  • 页面美化(信息添加颜色等)
  • 服务器识别 '@' 字符而只向某一个 socket 写数据实现聊天室的私聊
  • 多进程(使用 redis 等缓存数据库来实现资源的共享)
  • 消息记录数据库持久化(log 日志还是不方便分析)

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