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PHP 实现 WebSocket 协议原理与应用详解

PHP编程
2022-04-15 0 810

本文实例讲述了PHP 实现 WebSocket 协议原理与应用。分享给大家供大家参考，具体如下：

下面会讲解一下什么是 WebSocket，以及使用 PHP 实现 WebSocket。

  1. WebSocket 是什么？
  2. PHP 实例
  3. 应用场景

一、WebSocket 是什么

WebSocket 是一种网络传输协议，可在单个 TCP 连接上进行全双工通信，位于 OSI 模型的应用层。WebSocket 使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单，允许服务端主动向客户端推送数据。

在 WebSocket API 中，浏览器和服务器只需要完成一次握手，两者之间就可以创建持久性的连接，并进行双向数据传输。

特点：网络协议；双向数据传输；允许服务端主动向客户端推送数据；

二、PHP 实例

客户端代码 index.html

<!doctype html>
<html lang="en">
 <head>
 <meta charset="UTF-8">
 <meta name="viewport" content="width=device-width,initial-scale=1, maximum-scale=1, user-scalable=no">
 <title>websocket</title>
 </head>
 <body>
 <input id="text" value="">
 <input type="submit" value="send" onclick="start()">
 <input type="submit" value="close" onclick="close()">
<div id="msg"></div>
 <script>
 /**
 0：未连接

1：连接成功，可通讯

2：正在关闭

3：连接已关闭或无法打开
*/

 //创建一个webSocket 实例
 var webSocket = new WebSocket("ws://127.0.0.1:8083");


 webSocket.onerror = function (event){
  onError(event);
 };

 // 打开websocket
 webSocket.onopen = function (event){
  onOpen(event);
 };

 //监听消息
 webSocket.onmessage = function (event){
  onMessage(event);
 };


 webSocket.onclose = function (event){
  onClose(event);
 }

 //关闭监听websocket
 function onError(event){
  document.getElementById("msg").innerHTML = "<p>close</p>";
  console.log("error"+event.data);
 };

 function onOpen(event){
  console.log("open:"+sockState());
  document.getElementById("msg").innerHTML = "<p>Connect to Service</p>";
 };
 function onMessage(event){
  console.log("onMessage");
  document.getElementById("msg").innerHTML += "<p>response:"+event.data+"</p>"
 };

 function onClose(event){
  document.getElementById("msg").innerHTML = "<p>close</p>";
  console.log("close:"+sockState());
  webSocket.close();
 }

 function sockState(){
  var status = ['未连接','连接成功，可通讯','正在关闭','连接已关闭或无法打开'];
   return status[webSocket.readyState];
 }



 function start(event){
  console.log(webSocket);
  var msg = document.getElementById('text').value;
  document.getElementById('text').value = '';
  console.log("send:"+sockState());
  console.log("msg="+msg);
  webSocket.send("msg="+msg);
  document.getElementById("msg").innerHTML += "<p>request"+msg+"</p>"
 };

 function close(event){
  webSocket.close();
 }
 </script>
 </body>
</html>

服务端代码 server.php

<?php
/**
 * Created by xwx
 * Date: 2017/10/18
 * Time: 14:33
 */

class SocketService
{
 private $address = '0.0.0.0';
 private $port = 8083;
 private $_sockets;
 public function __construct($address = '', $port='')
 {
   if(!empty($address)){
    $this->address = $address;
   }
   if(!empty($port)) {
    $this->port = $port;
   }
 }

 public function service(){
  //获取tcp协议号码。
  $tcp = getprotobyname("tcp");
  $sock = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, $tcp);
  socket_set_option($sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, 1);
  if($sock < 0)
  {
   throw new Exception("failed to create socket: ".socket_strerror($sock)."\n");
  }
  socket_bind($sock, $this->address, $this->port);
  socket_listen($sock, $this->port);
  echo "listen on $this->address $this->port ... \n";
  $this->_sockets = $sock;
 }

 public function run(){
  $this->service();
  $clients[] = $this->_sockets;
  while (true){
   $changes = $clients;
   $write = NULL;
   $except = NULL;
   socket_select($changes, $write, $except, NULL);
   foreach ($changes as $key => $_sock){
    if($this->_sockets == $_sock){ //判断是不是新接入的socket
     if(($newClient = socket_accept($_sock)) === false){
      die('failed to accept socket: '.socket_strerror($_sock)."\n");
     }
     $line = trim(socket_read($newClient, 1024));
     $this->handshaking($newClient, $line);
     //获取client ip
     socket_getpeername ($newClient, $ip);
     $clients[$ip] = $newClient;
     echo "Client ip:{$ip} \n";
     echo "Client msg:{$line} \n";
    } else {
     socket_recv($_sock, $buffer, 2048, 0);
     $msg = $this->message($buffer);
     //在这里业务代码
     echo "{$key} clinet msg:",$msg,"\n";
     fwrite(STDOUT, 'Please input a argument:');
     $response = trim(fgets(STDIN));
     $this->send($_sock, $response);
     echo "{$key} response to Client:".$response,"\n";
    }
   }
  }
 }

 /**
  * 握手处理
  * @param $newClient socket
  * @return int 接收到的信息
  */
 public function handshaking($newClient, $line){

  $headers = array();
  $lines = preg_split("/\r\n/", $line);
  foreach($lines as $line)
  {
   $line = chop($line);
   if(preg_match('/\A(\S+): (.*)\z/', $line, $matches))
   {
    $headers[$matches[1]] = $matches[2];
   }
  }
  $secKey = $headers['Sec-WebSocket-Key'];
  $secAccept = base64_encode(pack('H*', sha1($secKey . '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11')));
  $upgrade = "HTTP/1.1 101 Web Socket Protocol Handshake\r\n" .
   "Upgrade: websocket\r\n" .
   "Connection: Upgrade\r\n" .
   "WebSocket-Origin: $this->address\r\n" .
   "WebSocket-Location: ws://$this->address:$this->port/websocket/websocket\r\n".
   "Sec-WebSocket-Accept:$secAccept\r\n\r\n";
  return socket_write($newClient, $upgrade, strlen($upgrade));
 }

 /**
  * 解析接收数据
  * @param $buffer
  * @return null|string
  */
 public function message($buffer){
  $len = $masks = $data = $decoded = null;
  $len = ord($buffer[1]) & 127;
  if ($len === 126) {
   $masks = substr($buffer, 4, 4);
   $data = substr($buffer, 8);
  } else if ($len === 127) {
   $masks = substr($buffer, 10, 4);
   $data = substr($buffer, 14);
  } else {
   $masks = substr($buffer, 2, 4);
   $data = substr($buffer, 6);
  }
  for ($index = 0; $index < strlen($data); $index++) {
   $decoded .= $data[$index] ^ $masks[$index % 4];
  }
  return $decoded;
 }

 /**
  * 发送数据
  * @param $newClinet 新接入的socket
  * @param $msg 要发送的数据
  * @return int|string
  */
 public function send($newClinet, $msg){
  $msg = $this->frame($msg);
  socket_write($newClinet, $msg, strlen($msg));
 }

 public function frame($s) {
  $a = str_split($s, 125);
  if (count($a) == 1) {
   return "\x81" . chr(strlen($a[0])) . $a[0];
  }
  $ns = "";
  foreach ($a as $o) {
   $ns .= "\x81" . chr(strlen($o)) . $o;
  }
  return $ns;
 }

 /**
  * 关闭socket
  */
 public function close(){
  return socket_close($this->_sockets);
 }
}

$sock = new SocketService();
$sock->run();

先使用命令行运行 server.php，然后在浏览器打开 index.html 即可运行

三、应用场景

  • 聊天室
  • 实时推送
  • 弹幕
  • 多玩家游戏
  • 协同编辑
  • 股票基金实时报价
  • 体育实况更新
  • 视频会议/聊天
  • 基于位置的应用
  • 在线教育
  • 智能家居等需要高实时的场景

由轮询到WebSocket

轮询

客户端和服务器之间会一直进行连接，每隔一段时间就询问一次。客户端会轮询，有没有新消息。这种方式连接数会很多，一个接受，一个发送。而且每次发送请求都会有Http的Header，会很耗流量，也会消耗CPU的利用率。

长轮询

长轮询是对轮询的改进版，客户端发送HTTP给服务器之后，有没有新消息，如果没有新消息，就一直等待。当有新消息的时候，才会返回给客户端。在某种程度上减小了网络带宽和CPU利用率等问题。但是这种方式还是有一种弊端：例如假设服务器端的数据更新速度很快，服务器在传送一个数据包给客户端后必须等待客户端的下一个Get请求到来，才能传递第二个更新的数据包给客户端，那么这样的话，客户端显示实时数据最快的时间为2×RTT（往返时间），而且如果在网络拥塞的情况下，这个时间用户是不能接受的，比如在股市的的报价上。另外，由于http数据包的头部数据量往往很大（通常有400多个字节），但是真正被服务器需要的数据却很少（有时只有10个字节左右），这样的数据包在网络上周期性的传输，难免对网络带宽是一种浪费。

WebSocket

现在急需的需求是能支持客户端和服务器端的双向通信，而且协议的头部又没有HTTP的Header那么大，于是，Websocket就诞生了！流量消耗方面，相同的每秒客户端轮询的次数，当次数高达数万每秒的高频率次数的时候，WebSocket消耗流量仅为轮询的几百分之一。

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