本文将利用WebSockets(SignalR的一部分)搭建一个可双向通信的ASP.NETCore5应用。
( 预告：下期将着重对比gRPC和WebSockets的差异和使用场景)
我们先深入研究基本概念，以了解WebSockets幕后情况。
WebSockets简介
为支持在在客户端/服务端双向通信，引入了WebSockets.
HTTP 1.0：我们每次向服务器发送请求时都需要重新创建连接(关闭之前的连接)。
HTTP 1.1：新增keep-alive语法引入了持久连接机制, 至此连接可以被重用---这能减小通信延迟(因为服务器能感知客户端，并且不需要为每个请求重开握手过程)
WebSockets 依附于HTTP1.1协议的持久连接机制，因此如果你是第一次发起WebSockets连接，这实际是一个HTTP1.1请求，协商成功后开始全双工通信。
下图描述了初始化(握手),数据传输,关闭WebSockets的过程。
协议有两部分：握手和数据传输
握手
WebSocket与HTTP协议有良好兼容性。"握手"阶段采用Http协议，默认也是80/443端口，因此握手时不容易屏蔽，能通过各种 HTTP 代理服务器。
协议标识符是ws(如果加密，则为wss)，服务器网址就是 URL。
ws://example.com:80/some/path
简而言之，WebSocket连接基于单个端口上的HTTP(以TCP传输)：
1.服务器在指定的端口(如80/443)上监听传入的TCP套接字连接
2.客户端使用HTTP GET请求启动握手 (这就是“WebSockets”中的“Web”由来)。
在请求头中，客户端将要求服务器将连接Upgrade到WebSocket。
3.服务器发送握手响应，通知客户端它将把协议从HTTP更改为WebSocket。
4.客户端/服务器协商连接细节。如果条款不匹配，任何一方都可以退出。
- GET /ws-endpoint HTTP/1.1
- Host: example.com:80
- Upgrade: websocket
- Connection: Upgrade
- Sec-WebSocket-Key: L4kHN+1Bx7zKbxsDbqgzHw==
- Sec-WebSocket-Version: 13
请注意：客户端发送Connection:Upgrade和Upgrade：websocket请求头 服务端握手响应：
- HTTP/1.1 101 Switching Protocols
- Upgrade: websocket
- Connection: Upgrade
- Sec-WebSocket-Accept: CTPN8jCb3BUjBjBtdjwSQCytuBo=
注意：服务端返回HTTP/1.1 101 Switching Protocols状态码，其他非101的状态码都指示握手失败。
数据传输
任意一方可以在任意时间发送消息，因为这是全双工通信协议。
消息由一个或多个帧组成，一个帧可以是二进制、文本、控制帧(0x8 Close,0x9 Ping,0xA Pong)
.NETCore Server listening WebSockets
- dotnet new webapi -n WebSocketsTutorial
- dotnet add WebSocketsTutorial/ package Microsoft.AspNet.SignalR
为简化本次内容，我不会谈论SignalR(集线器和其他东西)。
本次将完全基于WebSocket通信。
- app.UseWebSockets();
新增WebSocketsController.cs，添加如下代码：
- using System;
- using System.Net.WebSockets;
- using System.Text;
- using System.Threading;
- using System.Threading.Tasks;
- using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
- using Microsoft.Extensions.Logging;
- namespace WebSocketsTutorial.Controllers
- {
- [ApiController]
- [Route("[controller]")]
- public class WebSocketsController : ControllerBase
- {
- private readonly ILogger<WebSocketsController> _logger;
- public WebSocketsController(ILogger<WebSocketsController> logger)
- {
- _logger = logger;
- }
- [HttpGet("/ws")]
- public async Task Get()
- {
- if (HttpContext.WebSockets.IsWebSocketRequest)
- {
- using var webSocket = await HttpContext.WebSockets.AcceptWebSocketAsync();
- _logger.Log(LogLevel.Information, "WebSocket connection established");
- await Echo(webSocket);
- }
- else
- {
- HttpContext.Response.StatusCode = 400;
- }
- }
- private async Task Echo(WebSocket webSocket)
- {
- var buffer = new byte[1024 * 4];
- var result = await webSocket.ReceiveAsync(new ArraySegment<byte>(buffer), CancellationToken.None);
- _logger.Log(LogLevel.Information, "Message received from Client");
- while (!result.CloseStatus.HasValue)
- {
- var serverMsg = Encoding.UTF8.GetBytes($"Server: Hello. You said: {Encoding.UTF8.GetString(buffer)}");
- await webSocket.SendAsync(new ArraySegment<byte>(serverMsg, 0, serverMsg.Length), result.MessageType, result.EndOfMessage, CancellationToken.None);
- _logger.Log(LogLevel.Information, "Message sent to Client");
- result = await webSocket.ReceiveAsync(new ArraySegment<byte>(buffer), CancellationToken.None);
- _logger.Log(LogLevel.Information, "Message received from Client");
- }
- await webSocket.CloseAsync(result.CloseStatus.Value, result.CloseStatusDescription, CancellationToken.None);
- _logger.Log(LogLevel.Information, "WebSocket connection closed");
- }
- }
- }
在握手之后，服务端不需要等待客户端发起消息，就可以推送消息到客户端。
启动ASP.NET Core 服务端，程序在/ws路由地址监听WebSockets连接， 回发客户端发送过来的消息。
Browser client using WebSockets api
在浏览器Console编写js代码发起客户端websockets请求：
- let webSocket = new WebSocket('wss://localhost:5001/ws');
在该请求的network- Messages tab页面可观察双向通信：
除此之外，服务器/客户端维护了pingpong机制，以确认客户端是否还存活。
如果您真的想看看这些数据包，使用WireShark之类的工具了解一下。
整个过程在Chrome-Network上只会有一个记录，所以你如果要看"握手过程", 也请在刚在的tab页面查看??。
最后
如果您有兴趣了解WebSocket的协议规范，请转至RFC 6455阅读。
这篇文章只是WebSockets的小试牛刀，还有许多我们可以讨论的其他事情，例如安全性，负载平衡，代理等??。
