go的websocket实现原理与用法详解

本文实例讲述了go的websocket实现原理与用法。分享给大家供大家参考，具体如下：

websocket分为握手和数据传输阶段，即进行了HTTP握手 + 双工的TCP连接

RFC协议文档在：http://tools.ietf.org/html/rfc6455

握手阶段

握手阶段就是普通的HTTP

客户端发送消息：

GET /chat HTTP/1.1
  Host: server.example.com
  Upgrade: websocket
  Connection: Upgrade
  Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
  Origin: http://example.com
  Sec-WebSocket-Version: 13

服务端返回消息：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=

这里的Sec-WebSocket-Accept的计算方法是：

base64(hsa1(sec-websocket-key + 258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11))

如果这个Sec-WebSocket-Accept计算错误浏览器会提示：

Sec-WebSocket-Accept dismatch

如果返回成功，Websocket就会回调onopen事件

数据传输

websocket的数据传输使用的协议是：

参数的具体说明在这：

FIN：1位，用来表明这是一个消息的最后的消息片断，当然第一个消息片断也可能是最后的一个消息片断；

RSV1, RSV2, RSV3: 分别都是1位，如果双方之间没有约定自定义协议，那么这几位的值都必须为0,否则必须断掉WebSocket连接；

Opcode:4位操作码，定义有效负载数据，如果收到了一个未知的操作码，连接也必须断掉，以下是定义的操作码：
      * %x0 表示连续消息片断
      * %x1 表示文本消息片断
      * %x2 表未二进制消息片断
      * %x3-7 为将来的非控制消息片断保留的操作码
      * %x8 表示连接关闭
      * %x9 表示心跳检查的ping
      * %xA 表示心跳检查的pong
      * %xB-F 为将来的控制消息片断的保留操作码

Mask:1位，定义传输的数据是否有加掩码,如果设置为1,掩码键必须放在masking-key区域，客户端发送给服务端的所有消息，此位的值都是1；

Payload length: 传输数据的长度，以字节的形式表示：7位、7+16位、或者7+64位。如果这个值以字节表示是0-125这个范围，那这个值就表示传输数据的长度；如果这个值是126，则随后的两个字节表示的是一个16进制无符号数，用来表示传输数据的长度；如果这个值是127,则随后的是8个字节表示的一个64位无符合数，这个数用来表示传输数据的长度。多字节长度的数量是以网络字节的顺序表示。负载数据的长度为扩展数据及应用数据之和，扩展数据的长度可能为0,因而此时负载数据的长度就为应用数据的长度。

Masking-key:0或4个字节，客户端发送给服务端的数据，都是通过内嵌的一个32位值作为掩码的；掩码键只有在掩码位设置为1的时候存在。

Payload data: (x+y)位，负载数据为扩展数据及应用数据长度之和。

Extension data:x位，如果客户端与服务端之间没有特殊约定，那么扩展数据的长度始终为0，任何的扩展都必须指定扩展数据的长度，或者长度的计算方式，以及在握手时如何确定正确的握手方式。如果存在扩展数据，则扩展数据就会包括在负载数据的长度之内。

Application data:y位，任意的应用数据，放在扩展数据之后，应用数据的长度=负载数据的长度-扩展数据的长度。

实例

具体使用go的实现例子：

客户端：

html：

<html>
  <head>
    <script type="text/javascript" src="./jquery.min.js"></script>
  </head>
  <body>
    <input type="button" id="connect" value="websocket connect" />
    <input type="button" id="send" value="websocket send" />
    <input type="button" id="close" value="websocket close" />
  </body>
  <script type="text/javascript" src="./websocket.js"></script>
</html>

js：

var socket;
$("#connect").click(function(event){
  socket = new WebSocket("ws://127.0.0.1:8000");
  socket.onopen = function(){
    alert("Socket has been opened");
  }
  socket.onmessage = function(msg){
    alert(msg.data);
  }
  socket.onclose = function() {
    alert("Socket has been closed");
  }
});
$("#send").click(function(event){
  socket.send("send from client");
});
$("#close").click(function(event){
  socket.close();
})

服务端：

package main

import(

    "net"

    "log"

    "strings"

    "crypto/sha1"

    "io"

    "encoding/base64"

    "errors"

)

func main() {

    ln, err := net.Listen("tcp", ":8000")

    if err != nil {

        log.Panic(err)

    }

    for {

        conn, err := ln.Accept()

        if err != nil {

            log.Println("Accept err:", err)

        }

        for {

            handleConnection(conn)

        }

    }

}

func handleConnection(conn net.Conn) {

    content := make([]byte, 1024)

    _, err := conn.Read(content)

    log.Println(string(content))

    if err != nil {

        log.Println(err)

    }

    isHttp := false

    // 先暂时这么判断

    if string(content[0:3]) == "GET" {

        isHttp = true;

    }

    log.Println("isHttp:", isHttp)

    if isHttp {

        headers := parseHandshake(string(content))

        log.Println("headers", headers)

        secWebsocketKey := headers["Sec-WebSocket-Key"]

        // NOTE：这里省略其他的验证

        guid := "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11"

        // 计算Sec-WebSocket-Accept

        h := sha1.New()

        log.Println("accept raw:", secWebsocketKey + guid)

        io.WriteString(h, secWebsocketKey + guid)

        accept := make([]byte, 28)

        base64.StdEncoding.Encode(accept, h.Sum(nil))

        log.Println(string(accept))

        response := "HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n"

        response = response + "Sec-WebSocket-Accept: " + string(accept) + "\r\n"

        response = response + "Connection: Upgrade\r\n"

        response = response + "Upgrade: websocket\r\n\r\n"

        log.Println("response:", response)

        if lenth, err := conn.Write([]byte(response)); err != nil {

            log.Println(err)

        } else {

            log.Println("send len:", lenth)

        }

        wssocket := NewWsSocket(conn)

        for {

            data, err := wssocket.ReadIframe()

            if err != nil {

                log.Println("readIframe err:" , err)

            }

            log.Println("read data:", string(data))

            err = wssocket.SendIframe([]byte("good"))

            if err != nil {

                log.Println("sendIframe err:" , err)

            }

            log.Println("send data")

        }

    } else {

        log.Println(string(content))

        // 直接读取

    }

}

type WsSocket struct {

    MaskingKey []byte

    Conn net.Conn

}

func NewWsSocket(conn net.Conn) *WsSocket {

    return &WsSocket{Conn: conn}

}

func (this *WsSocket)SendIframe(data []byte) error {

    // 这里只处理data长度<125的

    if len(data) >= 125 {

        return errors.New("send iframe data error")

    }

    lenth := len(data)

    maskedData := make([]byte, lenth)

    for i := 0; i < lenth; i++ {

        if this.MaskingKey != nil {

            maskedData[i] = data[i] ^ this.MaskingKey[i % 4]

        } else {

            maskedData[i] = data[i]

        }

    }

    this.Conn.Write([]byte{0x81})

    var payLenByte byte

    if this.MaskingKey != nil && len(this.MaskingKey) != 4 {

        payLenByte = byte(0x80) | byte(lenth)

        this.Conn.Write([]byte{payLenByte})

        this.Conn.Write(this.MaskingKey)

    } else {

        payLenByte = byte(0x00) | byte(lenth)

        this.Conn.Write([]byte{payLenByte})

    }

    this.Conn.Write(data)

    return nil

}

func (this *WsSocket)ReadIframe() (data []byte, err error){

    err = nil

    //第一个字节：FIN + RSV1-3 + OPCODE

    opcodeByte := make([]byte, 1)

    this.Conn.Read(opcodeByte)

    FIN := opcodeByte[0] >> 7

    RSV1 := opcodeByte[0] >> 6 & 1

    RSV2 := opcodeByte[0] >> 5 & 1

    RSV3 := opcodeByte[0] >> 4 & 1

    OPCODE := opcodeByte[0] & 15

    log.Println(RSV1,RSV2,RSV3,OPCODE)

    payloadLenByte := make([]byte, 1)

    this.Conn.Read(payloadLenByte)

    payloadLen := int(payloadLenByte[0] & 0x7F)

    mask := payloadLenByte[0] >> 7

    if payloadLen == 127 {

        extendedByte := make([]byte, 8)

        this.Conn.Read(extendedByte)

    }

    maskingByte := make([]byte, 4)

    if mask == 1 {

        this.Conn.Read(maskingByte)

        this.MaskingKey = maskingByte

    }

    payloadDataByte := make([]byte, payloadLen)

    this.Conn.Read(payloadDataByte)

    log.Println("data:", payloadDataByte)

    dataByte := make([]byte, payloadLen)

    for i := 0; i < payloadLen; i++ {

        if mask == 1 {

            dataByte[i] = payloadDataByte[i] ^ maskingByte[i % 4]

        } else {

            dataByte[i] = payloadDataByte[i]

        }

    }

    if FIN == 1 {

        data = dataByte

        return

    }

    nextData, err := this.ReadIframe()

    if err != nil {

        return

    }

    data = append(data, nextData…)

    return

}

func parseHandshake(content string) map[string]string {

    headers := make(map[string]string, 10)

    lines := strings.Split(content, "\r\n")

    for _,line := range lines {

        if len(line) >= 0 {

            words := strings.Split(line, ":")

            if len(words) == 2 {

                headers[strings.Trim(words[0]," ")] = strings.Trim(words[1], " ")

            }

        }

    }

    return headers

}

后话

PS：后来发现官方也有实现了websocket，只是它不是在pkg下，而是在net的branch下

强烈建议使用官方的websocket，不要自己写
https://code.google.com/p/go.net/

当然如果自己实现了一遍协议，看官方的包自然会更清晰了。

希望本文所述对大家Go语言程序设计有所帮助。

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