以中间件,路由,跨进程事件的姿势使用WebSocket

通过参考koa中间件,socket.io远程事件调用,以一种新的姿势来使用WebSocket。

浏览器端

浏览器端使用WebSocket很简单

// Create WebSocket connection.
const socket = new WebSocket('ws://localhost:8080');

// Connection opened
socket.addEventListener('open', function (event) {
    socket.send('Hello Server!');
});

// Listen for messages
socket.addEventListener('message', function (event) {
    console.log('Message from server ', event.data);
});

MDN关于WebSocket的介绍

能注册的事件有onclose,onerror,onmessage,onopen。用的比较多的是onmessage,从服务器接受到数据后,会触发message事件。通过注册相应的事件处理函数,可以根据后端推送的数据做相应的操作。

如果只是写个demo,单单输出后端推送的信息,如下使用即可:

socket.addEventListener('message', function (event) {
    console.log('Message from server ', event.data);
});

实际使用过程中,我们需要判断后端推送的数据然后执行相应的操作。比如聊天室应用中,需要判断消息是广播的还是私聊的或者群聊的,以及是纯文字信息还是图片等多媒体信息。这时message处理函数里可能就是一堆的if else。那么有没有什么别的优雅的姿势呢?答案就是中间件与事件,跨进程的事件的发布与订阅。在说远程事件发布订阅之前,需要先从中间件开始,因为后面实现的远程事件发布订阅是基于中间件的。

中间件

前面说了,在WebSocket实例上可以注册事件有onclose,onerror,onmessage,onopen。每一个事件的处理函数里可能需要做各种判断,特别是message事件。参考koa,可以将事件处理函数以中间件方式来进行使用,将不同的操作逻辑分发到不同的中间件中,比如聊天室应用中,聊天信息与系统信息(比如用户登录属于系统信息)是可以放到不同的中间件中处理的。

koa提供use接口来注册中间件。我们针对不同的事件提供相应的中间件注册接口,并且对原生的WebSocket做封装。

export default class EasySocket{
    constructor(config) {
       this.url = config.url;
       this.openMiddleware = [];
       this.closeMiddleware = [];
       this.messageMiddleware = [];
       this.errorMiddleware = [];
       
       this.openFn = Promise.resolve();
       this.closeFn = Promise.resolve();
       this.messageFn = Promise.resolve();
       this.errorFn = Promise.resolve();
    }
    openUse(fn) {
        this.openMiddleware.push(fn);
        return this;
    }
    closeUse(fn) {
        this.closeMiddleware.push(fn);
        return this;
    }
    messageUse(fn) {
        this.messageMiddleware.push(fn);
        return this;
    }
    errorUse(fn) {
        this.errorMiddleware.push(fn);
        return this;
    }
}

通过xxxUse注册相应的中间件。 xxxMiddleware中就是相应的中间件。xxxFn 中间件通过compose处理后的结构

再添加一个connect方法,处理相应的中间件并且实例化原生WebSocket

connect(url) {
        this.url = url || this.url;
        if (!this.url) {
            throw new Error('url is required!');
        }
        try {
            this.socket = new WebSocket(this.url, 'echo-protocol');
        } catch (e) {
            throw e;
        }

        this.openFn = compose(this.openMiddleware);
        this.socket.addEventListener('open', (event) => {
            let context = { client: this, event };
            this.openFn(context).catch(error => { console.log(error) });
        });

        this.closeFn = compose(this.closeMiddleware);
        this.socket.addEventListener('close', (event) => {
            let context = { client: this, event };
            this.closeFn(context).then(() => {
            }).catch(error => {
                console.log(error)
            });
        });

        this.messageFn = compose(this.messageMiddleware);
        this.socket.addEventListener('message', (event) => {
            let res;
            try {
                res = JSON.parse(event.data);
            } catch (error) {
                res = event.data;
            }
            let context = { client: this, event, res };
            this.messageFn(context).then(() => {

            }).catch(error => {
                console.log(error)
            });
        });

        this.errorFn = compose(this.errorMiddleware);
        this.socket.addEventListener('error', (event) => {
            let context = { client: this, event };
            this.errorFn(context).then(() => {

            }).catch(error => {
                console.log(error)
            });
        });
        return this;
    }

使用koa-compose模块处理中间件。注意context传入了哪些东西,后续定义中间件的时候都已使用。

compose的作用可看这篇文章 傻瓜式解读koa中间件处理模块koa-compose

然后就可以使用了:

new EasySocket()
  .openUse((context, next) => {
    console.log("open");
    next();
  })
  .closeUse((context, next) => {
    console.log("close");
    next();
  })
  .errorUse((context, next) => {
    console.log("error", context.event);
    next();
  })
  .messageUse((context, next) => {
    //用户登录处理中间件
    if (context.res.action === 'userEnter') {
      console.log(context.res.user.name+' 进入聊天室');
    }
    next();
  })
  .messageUse((context, next) => {
    //创建房间处理中间件
    if (context.res.action === 'createRoom') {
      console.log('创建房间 '+context.res.room.anme);
    }
    next();
  })
  .connect('ws://localhost:8080')

可以看到,用户登录与创建房间的逻辑放到两个中间件中分开处理。不足之处就是每个中间件都要判断context.res.action,而这个context.res就是后端返回的数据。怎么消除这个频繁的if判断呢? 我们实现一个简单的消息处理路由。

路由

定义消息路由中间件

messageRouteMiddleware.js

export default (routes) => {
    return async (context, next) => {
        if (routes[context.req.action]) {
            await routes[context.req.action](context,next);
        } else {
            console.log(context.req)
            next();
        }
    }
}

定义路由

router.js

export default {
    userEnter:function(context,next){
        console.log(context.res.user.name+' 进入聊天室');
        next();
    },
    createRoom:function(context,next){
        console.log('创建房间 '+context.res.room.anme);
        next();
    }
}

使用:

new EasySocket()
  .openUse((context, next) => {
    console.log("open");
    next();
  })
  .closeUse((context, next) => {
    console.log("close");
    next();
  })
  .errorUse((context, next) => {
    console.log("error", context.event);
    next();
  })
  .messageUse(messageRouteMiddleware(router))//使用消息路由中间件,并传入定义好的路由
  .connect('ws://localhost:8080')

一切都变得美好了,感觉就像在使用koa。想一个问题,当接收到后端推送的消息时,我们需要做相应的DOM操作。比如路由里面定义的userEnter,我们可能需要在对应的函数里操作用户列表的DOM,追加新用户。这使用原生JS或JQ都是没有问题的,但是如果使用vue,react这些,因为是组件化的,用户列表可能就是一个组件,怎么访问到这个组件实例呢?(当然也可以访问vuex,redux的store,但是并不是所有组件的数据都是用store管理的)。

我们需要一个运行时注册中间件的功能,然后在组件的相应的生命周期钩子里注册中间件并且传入组件实例

运行时注册中间件,修改如下代码:

messageUse(fn, runtime) {
        this.messageMiddleware.push(fn);
        if (runtime) {
            this.messageFn = compose(this.messageMiddleware);
        }
        return this;
    }

修改 messageRouteMiddleware.js

export default (routes,component) => {
    return async (context, next) => {
        if (routes[context.req.action]) {
            context.component=component;//将组件实例挂到context下
            await routes[context.req.action](context,next);
        } else {
            console.log(context.req)
            next();
        }
    }
}

类似vue mounted中使用

mounted(){
  let client = this.$wsClients.get("im");//获取指定EasySocket实例
  client.messageUse(messageRouteMiddleware(router,this),true)//运行时注册中间件,并传入定义好的路由以及当前组件中的this
}

路由中通过 context.component 即可访问到当前组件。

完美了吗?每次组件mounted 都注册一次中间件,问题很大。所以需要一个判断中间件是否已经注册的功能。也就是一个支持具名注册中间件的功能。这里就暂时不实现了,走另外一条路,也就是之前说到的远程事件的发布与订阅,我们也可以称之为跨进程事件。

跨进程事件

看一段socket.io的代码:

Server (app.js)

var app = require('http').createServer(handler)
var io = require('socket.io')(app);
var fs = require('fs');
app.listen(80);
function handler (req, res) {
  fs.readFile(__dirname + '/index.html',
  function (err, data) {
    if (err) {
      res.writeHead(500);
      return res.end('Error loading index.html');
    }

    res.writeHead(200);
    res.end(data);
  });
}
io.on('connection', function (socket) {
  socket.emit('news', { hello: 'world' });
  socket.on('my other event', function (data) {
    console.log(data);
  });
});

Client (index.html)

<script src="/socket.io/socket.io.js"></script>
<script>
  var socket = io('http://localhost');
  socket.on('news', function (data) {
    console.log(data);
    socket.emit('my other event', { my: 'data' });
  });
</script>

注意力转到这两部分:

服务端

  socket.emit('news', { hello: 'world' });
  socket.on('my other event', function (data) {
    console.log(data);
  });

客户端

  var socket = io('http://localhost');
  socket.on('news', function (data) {
    console.log(data);
    socket.emit('my other event', { my: 'data' });
  });

使用事件,客户端通过on订阅'news'事件,并且当触发‘new’事件的时候通过emit发布'my other event'事件。服务端在用户连接的时候发布'news'事件,并且订阅'my other event'事件。

一般我们使用事件的时候,都是在同一个页面中on和emit。而socket.io的神奇之处就是同一事件的on和emit是分别在客户端和服务端,这就是跨进程的事件。

那么,在某一端emit某个事件的时候,另一端如果on监听了此事件,是如何知道这个事件emit(发布)了呢?

没有看socket.io源码之前,我设想应该是emit方法里做了某些事情。就像java或c#,实现rpc的时候,可以依据接口定义动态生成实现(也称为代理),动态实现的(代理)方法中,就会将当前方法名称以及参数通过相应协议进行序列化,然后通过http或者tcp等网络协议传输到RPC服务端,服务端进行反序列化,通过反射等技术调用本地实现,并返回执行结果给客户端。客户端拿到结果后,整个调用完成,就像调用本地方法一样实现了远程方法的调用。

看了socket.io emit的代码实现后,思路也是大同小异,通过将当前emit的事件名和参数按一定规则组合成数据,然后将数据通过WebSocket的send方法发送出去。接收端按规则取到事件名和参数,然后本地触发emit。(注意远程emit和本地emit,socket.io中直接调用的是远程emit)。

下面是实现代码,事件直接用的emitter模块,并且为了能自定义emit事件名和参数组合规则,以中间件的方式提供处理方法:

export default class EasySocket extends Emitter{//继承Emitter
    constructor(config) {
       this.url = config.url;
       this.openMiddleware = [];
       this.closeMiddleware = [];
       this.messageMiddleware = [];
       this.errorMiddleware = [];
       this.remoteEmitMiddleware = [];//新增的部分
       
       this.openFn = Promise.resolve();
       this.closeFn = Promise.resolve();
       this.messageFn = Promise.resolve();
       this.errorFn = Promise.resolve();
       this.remoteEmitFn = Promise.resolve();//新增的部分
    }
    openUse(fn) {
        this.openMiddleware.push(fn);
        return this;
    }
    closeUse(fn) {
        this.closeMiddleware.push(fn);
        return this;
    }
    messageUse(fn) {
        this.messageMiddleware.push(fn);
        return this;
    }
    errorUse(fn) {
        this.errorMiddleware.push(fn);
        return this;
    }
    //新增的部分
    remoteEmitUse(fn, runtime) {
        this.remoteEmitMiddleware.push(fn);
        if (runtime) {
            this.remoteEmitFn = compose(this.remoteEmitMiddleware);
        }
        return this;
    }
    connect(url) {
       ...
       //新增部分
       this.remoteEmitFn = compose(this.remoteEmitMiddleware);
    }
    //重写emit方法,支持本地调用以远程调用
    emit(event, args, isLocal = false) {
        let arr = [event, args];
        if (isLocal) {
            super.emit.apply(this, arr);
            return this;
        }
        let evt = {
            event: event,
            args: args
        }
        let remoteEmitContext = { client: this, event: evt };
        this.remoteEmitFn(remoteEmitContext).catch(error => { console.log(error) })
        return this;
    }
}

下面是一个简单的处理中间件:

client.remoteEmitUse((context, next) => {
    let client = context.client;
    let event = context.event;
    if (client.socket.readyState !== 1) {
      alert("连接已断开!");
    } else {
      client.socket.send(JSON.stringify({
        type: 'event',
        event: event.event,
        args: event.args
      }));
      next();
    }
  })

意味着调用

client.emit('chatMessage',{
    from:'admin',
    masg:"Hello WebSocket"
});

就会组合成数据

{
    type: 'event',
    event: 'chatMessage',
    args: {
        from:'admin',
        masg:"Hello WebSocket"
    }
}

发送出去。

服务端接受到这样的数据,可以做相应的数据处理(后面会使用nodejs实现类似的编程模式),也可以直接发送给别的客户端。客户受到类似的数据,可以写专门的中间件进行处理,比如:

client.messageUse((context, next) => {
    if (context.res.type === 'event') {
      context.client.emit(context.res.event, context.res.args, true);//注意这里的emit是本地emit。
    }
    next();
})

如果本地订阅的chatMessage事件,回到函数就会被触发。

在vue或react中使用,也会比之前使用路由的方式简单

mounted() {
   let client = this.$wsClients.get("im");
   client.on("chatMessage", data => {
      let isSelf = data.from.id == this.user.id;
      let msg = {
        name: data.from.name,
        msg: data.msg,
        createdDate: data.createdDate,
        isSelf
      };
      this.broadcastMessageList.push(msg);
    });
}

组件销毁的时候移除相应的事件订阅即可,或者清空所有事件订阅

destroyed() {
    let client = this.$wsClients.get("im");
    client.removeAllListeners();
}

心跳重连

核心代码直接从websocket-heartbeat-js copy过来的(用npm包,还得在它的基础上再包一层),相关文章 初探和实现websocket心跳重连

核心代码:

    heartCheck() {
        this.heartReset();
        this.heartStart();
    }
    heartStart() {
        this.pingTimeoutId = setTimeout(() => {
            //这里发送一个心跳,后端收到后,返回一个心跳消息
            this.socket.send(this.pingMsg);
            //接收到心跳信息说明连接正常,会执行heartCheck(),重置心跳(清除下面定时器)
            this.pongTimeoutId = setTimeout(() => {
                //此定时器有运行的机会,说明发送ping后,设置的超时时间内未收到返回信息
                this.socket.close();//不直接调用reconnect,避免旧WebSocket实例没有真正关闭,导致不可预料的问题
            }, this.pongTimeout);
        }, this.pingTimeout);
    }
    heartReset() {
        clearTimeout(this.pingTimeoutId);
        clearTimeout(this.pongTimeoutId);
    }

最后

源码地址:easy-socket-browser

nodejs实现的类似的编程模式(有空再细说):easy-socket-node

实现的聊天室例子:online chat demo

聊天室前端源码:lazy-mock-im

聊天室服务端源码:lazy-mock

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