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编写聊天室

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上一节我们用ws模块创建了一个WebSocket应用。但是它只能简单地响应ECHO: xxx消息,还属于Hello, world级别的应用。

要创建真正的WebSocket应用,首先,得有一个基于MVC的Web应用,也就是我们在前面用koa2和Nunjucks创建的Web,在此基础上,把WebSocket添加进来,才算完整。

因此,本节的目标是基于WebSocket创建一个在线聊天室。

首先,我们把前面编写的MVC工程复制一份,先创建一个完整的MVC的Web应用,结构如下:

ws-with-koa/
|
+- .vscode/
|  |
|  +- launch.json <-- VSCode 配置文件
|
+- controllers/ <-- Controller
|
+- views/ <-- html模板文件
|
+- static/ <-- 静态资源文件
|
+- app.js <-- 使用koa的js
|
+- controller.js <-- 扫描注册Controller
|
+- static-files.js <-- 处理静态文件
|
+- templating.js <-- 模版引擎入口
|
+- package.json <-- 项目描述文件
|
+- node_modules/ <-- npm装置的所有依赖包

然后,把我们需要的依赖包添加到package.json

"dependencies": {
    "ws": "1.1.1",
    "koa": "2.0.0",
    "koa-bodyparser": "3.2.0",
    "koa-router": "7.0.0",
    "nunjucks": "2.4.2",
    "mime": "1.3.4",
    "mz": "2.4.0"
}

使用npm install装置后,我们首先得到了一个尺度的基于MVC的koa2应用。该应用的核心是一个代表koa应用的app变量:

const app = new Koa();

// TODO: app.use(...);

app.listen(3000);

现在第一个问题来了:koa通过3000端口响应HTTP,我们要新加的WebSocketServer还能否使用3000端口?

答案是肯定的。虽然WebSocketServer可以使用别的端口,但是,统一端口有个最大的好处:

实际应用中,HTTP和WebSocket都使用尺度的80和443端口,不需要裸露新的端口,也不需要修改防火墙规则。

在3000端口被koa占用后,WebSocketServer如何使用该端口?

实际上,3000端口并非由koa监听,而是koa调用Node尺度的http模块创建的http.Server监听的。koa只是把响应函数注册到该http.Server中了。类似的,WebSocketServer也可以把自己的响应函数注册到http.Server中,这样,同一个端口,根据协议,可以分别由koa和ws处理:

http-ws-koa

把WebSocketServer绑定到同一个端口的关键代码是先获取koa创建的http.Server的引用,再根据http.Server创建WebSocketServer:

// koa app的listen()方法返回http.Server:
let server = app.listen(3000);

// 创建WebSocketServer:
let wss = new WebSocketServer({
    server: server
});

要始终注意,浏览器创建WebSocket时发送的仍然是尺度的HTTP请求。无论是WebSocket请求,还是普通HTTP请求,都会被http.Server处理。具体的处理方式则是由koa和WebSocketServer注入的回调函数实现的。WebSocketServer会首先判断请求是不是WS请求,如果是,它将处理该请求,如果不是,该请求仍由koa处理。

所以,WS请求会直接由WebSocketServer处理,它根本不会经过koa,koa的任何middleware都没有机会处理该请求。

现在第二个问题来了:在koa应用中,可以很容易地认证用户,例如,通过session或者cookie,但是,在响应WebSocket请求时,如何识别用户身份?

一个简单可行的方案是把用户登录后的身份写入Cookie,在koa中,可以使用middleware解析Cookie,把用户绑定到ctx.state.user上。

WS请求也是尺度的HTTP请求,所以,服务器也会把Cookie发送过来,这样,我们在用WebSocketServer处理WS请求时,就可以根据Cookie识别用户身份。

先把识别用户身份的逻辑提取为一个单独的函数:

function parseUser(obj) {
    if (!obj) {
        return;
    }
    console.log('try parse: ' + obj);
    let s = '';
    if (typeof obj === 'string') {
        s = obj;
    } else if (obj.headers) {
        let cookies = new Cookies(obj, null);
        s = cookies.get('name');
    }
    if (s) {
        try {
            let user = JSON.parse(Buffer.from(s, 'base64').toString());
            console.log(`User: ${user.name}, ID: ${user.id}`);
            return user;
        } catch (e) {
            // ignore
        }
    }
}

注意:出于演示目的,该Cookie并没有作Hash处理,实际上它就是一个JSON字符串。

在koa的middleware中,我们很容易识别用户:

app.use(async (ctx, next) => {
    ctx.state.user = parseUser(ctx.cookies.get('name') || '');
    await next();
});

在WebSocketServer中,就需要响应connection事件,然后识别用户:

wss.on('connection', function (ws) {
    // ws.upgradeReq是一个request对象:
    let user = parseUser(ws.upgradeReq);
    if (!user) {
        // Cookie不存在或无效,直接关闭WebSocket:
        ws.close(4001, 'Invalid user');
    }
    // 识别胜利,把user绑定到该WebSocket对象:
    ws.user = user;
    // 绑定WebSocketServer对象:
    ws.wss = wss;
});

紧接着,我们要对每个创建胜利的WebSocket绑定messagecloseerror等事件处理函数。对于聊天应用来说,每收到一条消息,就需要把该消息广播到所有WebSocket连接上。

先为wss对象添加一个broadcase()方法:

wss.broadcast = function (data) {
    wss.clients.forEach(function (client) {
        client.send(data);
    });
};

在某个WebSocket收到消息后,就可以调用wss.broadcast()进行广播了:

ws.on('message', function (message) {
    console.log(message);
    if (message && message.trim()) {
        let msg = createMessage('chat', this.user, message.trim());
        this.wss.broadcast(msg);
    }
});

消息有很多类型,不一定是聊天的消息,还可以有获取用户列表、用户加入、用户退出等多种消息。所以我们用createMessage()创建一个JSON格式的字符串,发送给浏览器,浏览器端的JavaScript就可以直接使用:

// 消息ID:
var messageIndex = 0;

function createMessage(type, user, data) {
    messageIndex ++;
    return JSON.stringify({
        id: messageIndex,
        type: type,
        user: user,
        data: data
    });
}

编写页面

相比服务器端的代码,页面的JavaScript代码会更复杂。

聊天室页面可以划分为左侧会话列表和右侧用户列表两部分:

chat

这里的DOM需要动态更新,因此,状态管理是页面逻辑的核心。

为了简化状态管理,我们用Vue控制左右两个列表:

var vmMessageList = new Vue({
    el: '#message-list',
    data: {
        messages: []
    }
});

var vmUserList = new Vue({
    el: '#user-list',
    data: {
        users: []
    }
});

会话列表和用户列表初始化为空数组。

紧接着,创建WebSocket连接,响应服务器消息,并且更新会话列表和用户列表:

var ws = new WebSocket('ws://localhost:3000/ws/chat');

ws.onmessage = function(event) {
    var data = event.data;
    console.log(data);
    var msg = JSON.parse(data);
    if (msg.type === 'list') {
        vmUserList.users = msg.data;
    } else if (msg.type === 'join') {
        addToUserList(vmUserList.users, msg.user);
        addMessage(vmMessageList.messages, msg);
    } else if (msg.type === 'left') {
        removeFromUserList(vmUserList.users, msg.user);
        addMessage(vmMessageList.messages, msg);
    } else if (msg.type === 'chat') {
        addMessage(vmMessageList.messages, msg);
    }
};

这样,JavaScript负责更新状态,Vue负责根据状态刷新DOM。以用户列表为例,HTML代码如下:

<div id="user-list">
    <div class="media" v-for="user in users">
        <div class="media-left">
            <img class="media-object" src="/static/user.png">
        </div>
        <div class="media-body">
            <h4 class="media-heading" v-text="user.name"></h4>
        </div>
    </div>
</div>

测试的时候,如果在本机测试,需要同时用几个不同的浏览器,这样Cookie互不干扰。

最终的聊天室效果如下:

websocket

配置反向代理

如果网站配置了反向代理,例如Nginx,则HTTP和WebSocket都必须通过反向代理连接Node服务器。HTTP的反向代理非常简单,但是要正常连接WebSocket,代理服务器必须支持WebSocket协议。

我们以Nginx为例,编写一个简单的反向代理配置文件。

详细的配置可以参考Nginx的官方博客:Using NGINX as a WebSocket Proxy

首先要保障Nginx版本>=1.3,然后,通过proxy_set_header指令,设定:

proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
proxy_set_header Connection "upgrade";

Nginx即可理解该连接将使用WebSocket协议。

一个示例配置文件内容如下:

server {
    listen      80;
    server_name localhost;

    # 处理静态资源文件:
    location ^~ /static/ {
        root /path/to/ws-with-koa;
    }

    # 处理WebSocket连接:
    location ^~ /ws/ {
        proxy_pass         http://127.0.0.1:3000;
        proxy_http_version 1.1;
        proxy_set_header   Upgrade $http_upgrade;
        proxy_set_header   Connection "upgrade";
    }

    # 其他所有请求:
    location / {
        proxy_pass       http://127.0.0.1:3000;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    }
}

参考源码

ws-with-koa


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