.NET Core 基于Websocket的在线聊天室实现

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什么是Websocket

我们在传统的客户端程序要实现实时双工通讯第一想到的技术就是socket通讯，但是在web体系是用不了socket通讯技术的，因为http被设计成无状态，每次跟服务器通讯完成后就会断开连接。

在没有websocket之前web系统如果要做双工通讯往往使用http long polling技术。http long polling 每次往服务器发送请求后，服务端不会立刻返回信息来结束请求，而是一直挂着直到有数据需要返回，或者等待超时了才会返回。客户端在结束上一次请求后立刻再发送一次请求，如此反复。http long polling虽然能实现web系统的双工通讯，但是有个很大的问题，就是基于http协议客户端每次发送请求都需要携带巨大的头部。在并发交互少量数据的时候非常不划算，对服务器资源的消耗也是巨大的。

websocket很好的改善了以上问题。它基于tcp重新设计了一套协议，同时又兼容http，默认跟http一样使用80/443端口。

websocket链接建立本质上就是一次http请求，直接使用http协议的upgrade头来标识这是一次websocket请求，服务端回复101状态码表示“握手”成功。

//客户端请求
GET / HTTP/1.1
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Host: example.com
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Key: sN9cRrP/n9NdMgdcy2VJFQ==
Sec-WebSocket-Version: 13

//服务端响应
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: fFBooB7FAkLlXgRSz0BT3v4hq5s=
Sec-WebSocket-Location: ws://example.com/

使用asp.net core来处理websocket

上面我们简单的了解了websocket，那么如何来使用asp.net core处理websocket呢？因为websocket的握手就是一次http请求，那么我们就可以使用一个middleware来拦截websocket的请求，把建立的链接统一进行管理，其实微软已经帮我们简单的封装过了。

新建一个asp.net core网站

新建WebsocketHandlerMiddleware中间件

这个中间件就是我们管理websocket链接的入口，我们调用context.WebSockets.AcceptWebSocketAsync()方法把请求转换为websocket链接。

在Invoke方法内接收websocket链接

 public async Task Invoke(HttpContext context)
 {
  if (context.Request.Path == "/ws")
  {
  if (context.WebSockets.IsWebSocketRequest)
  {
   WebSocket webSocket = await context.WebSockets.AcceptWebSocketAsync();
   string clientId = Guid.NewGuid().ToString(); ;
   var wsClient = new WebsocketClient
   {
   Id = clientId,
   WebSocket = webSocket
   };
   try
   {
   await Handle(wsClient);
   }
   catch (Exception ex)
   {
   _logger.LogError(ex, "Echo websocket client {0} err .", clientId);
   await context.Response.WriteAsync("closed");
   }
  }
  else
  {
   context.Response.StatusCode = 404;
  }
  }
  else
  {
  await _next(context);
  }
 }

在Hanle方法等待客户端的消息

 private async Task Handle(WebsocketClient webSocket)
 {
  WebsocketClientCollection.Add(webSocket);
  _logger.LogInformation($"Websocket client added.");
  
  WebSocketReceiveResult result = null;
  do
  {
  var buffer = new byte[1024 * 1];
  result = await webSocket.WebSocket.ReceiveAsync(new ArraySegment<byte>(buffer), CancellationToken.None);
  if (result.MessageType == WebSocketMessageType.Text && !result.CloseStatus.HasValue)
  {
   var msgString = Encoding.UTF8.GetString(buffer);
   _logger.LogInformation($"Websocket client ReceiveAsync message {msgString}.");
   var message = JsonConvert.DeserializeObject<Message>(msgString);
   message.SendClientId = webSocket.Id;
   MessageRoute(message);
  }
  }
  while (!result.CloseStatus.HasValue);
  WebsocketClientCollection.Remove(webSocket);
  _logger.LogInformation($"Websocket client closed.");
 }

在MessageRoute方法内对客户端的消息进行转发

对客户端的消息定义几个标准的action，对不同的action进行特定的处理，比如加入房间、离开房间、在房间内广播消息等。

private void MessageRoute(Message message)
 {
  var client = WebsocketClientCollection.Get(message.SendClientId);
  switch (message.action)
  {
  case "join":
   client.RoomNo = message.msg;
   client.SendMessageAsync($"{message.nick} join room {client.RoomNo} success .");
   _logger.LogInformation($"Websocket client {message.SendClientId} join room {client.RoomNo}.");
   break;
  case "send_to_room":
   if (string.IsNullOrEmpty(client.RoomNo))
   {
   break;
   }
   var clients = WebsocketClientCollection.GetRoomClients(client.RoomNo);
   clients.ForEach(c =>
   {
   c.SendMessageAsync(message.nick + " : " + message.msg);
   });
   _logger.LogInformation($"Websocket client {message.SendClientId} send message {message.msg} to room {client.RoomNo}");

   break;
  case "leave":
   var roomNo = client.RoomNo;
   client.RoomNo = "";
   client.SendMessageAsync($"{message.nick} leave room {roomNo} success .");
   _logger.LogInformation($"Websocket client {message.SendClientId} leave room {roomNo}");
   break;
  default:
   break;
  }
 }

新建WebsocketClientCollection管理类

这个类是个容器，用来存放所有的websocket链接，便于统一管理。

 public class WebsocketClientCollection
 {
 private static List<WebsocketClient> _clients = new List<WebsocketClient>();

 public static void Add(WebsocketClient client)
 {
  _clients.Add(client);
 }

 public static void Remove(WebsocketClient client)
 {
  _clients.Remove(client);
 }

 public static WebsocketClient Get(string clientId)
 {
  var client = _clients.FirstOrDefault(c=>c.Id == clientId);

  return client;
 }

 public static List<WebsocketClient> GetRoomClients(string roomNo)
 {
  var client = _clients.Where(c => c.RoomNo == roomNo);
  return client.ToList();
 }
 }

在Startup中使用中间件

有了上面的中间件，我们需要use一下。

 app.UseWebSockets(new WebSocketOptions
  {
  KeepAliveInterval = TimeSpan.FromSeconds(60),
  ReceiveBufferSize = 1* 1024
  });
 app.UseMiddleware<WebsocketHandlerMiddleware>();

到此我们的服务端基本完成了，下面进行客户端html跟JavaScript的编写。

编写客户端界面

修改index.cshtml来实现一个简单的聊天室ui。

<div style="margin-bottom:5px;">
 room no: <input type="text" id="txtRoomNo" value="8888"/> <button id="btnJoin">join room</button> <button id="btnLeave">leave room</button>
</div>
<div style="margin-bottom:5px;">
 nick name: <input type="text" id="txtNickName" value="batman" /> 
</div>
<div style="height:300px;width:600px">
 <textarea style="height:100%;width:100%" id="msgList"></textarea>
 <div style="text-align: right">
 <input type="text" id="txtMsg" value="" /> <button id="btnSend">send</button>
 </div>
</div>

使用JavaScript来处理websocket链接及消息

现代浏览器已经都支持websocket协议，JavaScript运行时内置了WebSocket类，我们仅仅需要new一个Websocket对象出来就可以对websocket进行操作。

var server = 'ws://localhost:5000'; //如果开启了https则这里是wss

var WEB_SOCKET = new WebSocket(server + '/ws');

WEB_SOCKET.onopen = function (evt) {
 console.log('Connection open ...');
 $('#msgList').val('websocket connection opened .');
};

WEB_SOCKET.onmessage = function (evt) {
 console.log('Received Message: ' + evt.data);
 if (evt.data) {
 var content = $('#msgList').val();
 content = content + '\r\n' + evt.data;

 $('#msgList').val(content);
 }
};

WEB_SOCKET.onclose = function (evt) {
 console.log('Connection closed.');
};

$('#btnJoin').on('click', function () {
 var roomNo = $('#txtRoomNo').val();
 var nick = $('#txtNickName').val();
 if (roomNo) {
 var msg = {
  action: 'join',
  msg: roomNo,
  nick: nick
 };
 WEB_SOCKET.send(JSON.stringify(msg));
 }
});

$('#btnSend').on('click', function () {
 var message = $('#txtMsg').val();
 var nick = $('#txtNickName').val();
 if (message) {
 WEB_SOCKET.send(JSON.stringify({
  action: 'send_to_room',
  msg: message,
  nick: nick
 }));
 }
});

$('#btnLeave').on('click', function () {
 var nick = $('#txtNickName').val();
 var msg = {
 action: 'leave',
 msg: '',
 nick: nick
 };
 WEB_SOCKET.send(JSON.stringify(msg));
});

运行

至此我们的聊天室已经搭建完成了，运行一下看看效果。我们启动两个页面，进行聊天。
可以看到我们的消息被实时的转发出去了，good job ！

源码

源码已上传github
CoreWebsocketChatRoom

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持极客世界。