WebSocket 究竟是什么东西呢？貌似有人看到 WebSocket 里面有 Socket 就以为它跟 Socket 有什么关系。呃，要真说它们有什么关系，也确实有，WebSocket 跟 Socket 之间还隔着一层 HTTP，姑且算是有关系吧。
WebSocket 协议是基于 HTTP 实现的，具体来说，WebSocket 通过 HTTP 实现握手，握手之后就没 HTTP 什么事了。
为了深刻理解 WebSocket 原理，我特意写了个 WebSocket 服务，目前仅能握手、接发简短的文本信息，但用于简单说明 WebSocket 工作机制已经足够了。
package main
import (
"crypto/sha1"
"encoding/base64"
"fmt"
"io"
"log"
"net"
"strings"
)
const Series = "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11"
func main() {
S()
}
func S() {
l, err := net.Listen("tcp", "localhost:9999")
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
log.Printf("listening %s...", l.Addr())
for {
conn, err := l.Accept()
if err != nil {
log.Println(err)
continue
}
log.Printf("%s accepted...", conn.RemoteAddr())
go handleS(&conn)
}
}
func handleS(conn *net.Conn) {
log.Printf("handling %s...", (*conn).RemoteAddr())
buf := make([]byte, 1024)
// demo 默认一次读完
n, err := (*conn).Read(buf)
if err != nil {
log.Println(err)
}
lines := strings.Split(string(buf[:n]), "\r\n")
headers := map[string]string{}
for _, line := range lines {
// headers
row := strings.Split(line, ":")
if len(row) == 2 {
key := strings.TrimSpace(row[0])
val := strings.TrimSpace(row[1])
headers[key] = val
}
}
_, hasConnection := headers["Connection"]
_, hasUpgrade := headers["Upgrade"]
if hasConnection && hasUpgrade {
// handshake
key := headers["Sec-WebSocket-Key"]
str := key + Series
src := sha1.Sum([]byte(str))
dst := base64.StdEncoding.EncodeToString(src[:])
_, err := (*conn).Write([]byte(fmt.Sprintf("%s\r\n%s\r\n%s\r\n%s\r\n%s\r\n%s%s\r\n\r\n",
"HTTP/1.1 101 Switching Protocols",
"Connection: Upgrade",
"Upgrade: websocket",
"Server: Go",
"Sec-WebSocket-Version: 13",
"Sec-WebSocket-Accept: ",
dst)))
if err != nil {
log.Println(err)
}
go handleWebsocket(conn)
} else {
_, err := (*conn).Write([]byte(fmt.Sprintf("%s\r\n%s\r\n%s\r\n\r\n%s",
"HTTP/1.1 400 Bad Request",
"Server: Go",
"Content-Length: 15",
"400 Bad Request")))
if err != nil {
log.Println(err)
}
// TODO
log.Printf("close bad request %s...", (*conn).RemoteAddr())
defer (*conn).Close()
}
}
func handleWebsocket(conn *net.Conn) {
defer (*conn).Close()
buf := make([]byte, 1024)
for {
n, err := (*conn).Read(buf)
if err != nil {
if err == io.EOF {
log.Printf("close websocket %s...", (*conn).RemoteAddr())
break
}
log.Println(err)
continue
}
fmt.Printf("recvData: %#x\n", buf[:n])
var maskKey []byte
for k, v := range buf[:n] {
// k 为第 k+1 个字节
switch k {
case 0:
// FIN，1位，0x80 表示结束
fmt.Printf("fin: %#x\n", v&0b10000000)
// RSV1/RSV2/RSV3，共3位
fmt.Printf("RSV: %#x\n", v&0b01110000)
// OPCODE，4位，1 表示文本数据；2 表示二进制数据帧
fmt.Printf("opcode: %#x\n", v&0b00001111)
case 1:
// MASK，1位，表示是否使用掩码
fmt.Printf("mask: %#x\n", v&0b10000000)
// payload len，7位，最大值为 2^7 = 127，如果值为 0-125，则是 payload 的真实长度；如果值为 126，则后面的两字节表示的无符号整才是真正的 payload len；
// 如果值为 127，则后面的八字节表示的无符号整数才是真正的 payload len
fmt.Printf("payload len: %#x\n", v&0b01111111)
case 2:
// nothing to do
case 3:
// nothing to do
case 4:
// nothing to do
case 5:
// mask-key，4字节
maskKey = buf[2:6]
fmt.Printf("mask-key: %#x\n", buf[2:6])
case len(buf[:n]) - 1:
// payload
fmt.Printf("payload: ")
//fmt.Printf("%#x\n", buf[6:n])
for k, v := range buf[6:n] {
fmt.Printf("%c", maskKey[k%4]^byte(v))
}
fmt.Println()
}
}
fmt.Printf("\n")
sendPayload := []byte{'w', 'o', 'r', 'l', 'd'}
sendData := []byte{
0b10000001, 0b00000101,
}
sendData = append(sendData, sendPayload...)
fmt.Printf("sendData: %#x(%s)\n", sendData, sendData)
(*conn).Write(sendData)
}
}
简单解释一下以上代码。Socket 代码自不必多说，Accept 连接之后，需要对接收到的消息进行判断，如果有Connection: Upgrade和Upgrade: websocket请求头的话，则进入 WebSocket 握手处理。WebSocket 握手时，HTTP 报文还会带上Sec-WebSocket-Key请求头，这个 Key 值是由客户端随机生成的（也是经过 base64 编码的），我们将这个 Key 拼接上258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11，这个字符串是固定的，用这个串的原因得查一下 RFC 才知道了；接着将拼接之后的字符串进行 sha1 散列，最后再 base64 编码。我们回复握手报文至此已经准备好了，将上面生成的 base64 编码字符中添加到Sec-WebSocket-Accept响应头上，其它内容可以固定，当然也可以加上其它响应头，但现在这样的代码足够让实验成功了。
握手成功之后，Accept 建立的连接千万不要 Close，我们后面的 WebSocket 消息就靠它来传输了。另外，这个连接应当要对进来的消息进行校验。
运行上以代码。现在打开浏览器的控制台测试一下吧，输入以下代码。
var ws = new WebSocket('ws://localhost:9999');
ws.onopen = function() {
console.log('open');
ws.send('hello');
}
ws.onmessage = function(e) {
console.log(e.data);
}
控制台应该会打印以下文本：
open
world
而服务端的输出应该如下：
2021/09/08 16:33:52 127.0.0.1:59588 accepted...
2021/09/08 16:33:52 handling 127.0.0.1:59588...
recvData: 0x818588c6e0b9e0a38cd5e7
fin: 0x80
RSV: 0x0
opcode: 0x1
mask: 0x80
payload len: 0x5
mask-key: 0x88c6e0b9
payload: hello
sendData: 0x8105776f726c64(�world)
以上就是一个完整简单可测试的 WebSocket 服务示例。
WebSocket 也并不是什么特别高端的玩意。