JS如何实现基于websocket的多端桥接平台
作者：蚊子博客
1. 要调试什么
我们主要要知道调试什么，最终回去到什么样子的结果：
1.调试接口，传入接口地址，即可获取对应的结果；并且可以同时调试多个设备；
2.调试 jsapi，输入对应的方法，则即可在新闻客户端中展示出效果。
在调试接口方面，其实我们有一种方法可以方便地进行调试，但有两个限制条件：Android系统和测试版的客户端，这样通过 Chrome 浏览器进行桥接。但这种方式，在 iOS 系统和正式版的客户端中，就失效了。
2. websocket 的特性
WebSocket 协议的最大特点就是，服务器可以主动向客户端推送信息，客户端也可以主动向服务器发送信息，是真正的双向平等对话，属于服务器推送技术的一种。
其他特点包括：
1.建立在 TCP 协议之上，服务器端的实现比较容易。
2.与 HTTP 协议有着良好的兼容性。默认端口也是 80 和 443，并且握手阶段采用 HTTP 协议，因此握手时不容易屏蔽，能通过各种 HTTP 代理服务器。
3.数据格式比较轻量，性能开销小，通信高效。
4.可以发送文本，也可以发送二进制数据。
5.没有同源限制，客户端可以与任意服务器通信。
6.协议标识符是 ws（如果加密，则为 wss），服务器网址就是 URL。
3. 建立 socket 连接
为了满足我们在第 1 部分设置的调试目标，我们这里要实现的功能有：
1.PC 端相当于房主，建立房间后，其他设备可以进入到该房间，一个设备只能进入到一个房间中；
2.客户端有断线重连的机制，当客户端断开连接后，可以尝试重连；
3.服务端维护一个心跳检测的机制，当有新设备进入或者之前的设备退出时，要及时地更新当前房间中的设备列表；
3.1 如何创建房间
在浏览器上输入房间的标识，若浏览器与服务端成功建立起 websocket 连接后，则在浏览器端创建对应的二维码。用微信/手 Q 或者其他扫描二维码的设备进行扫描，即可通过提前设定的 scheme 协议，跳转到新闻客户端里对应的调试页面。
若客户端里也与服务端成功建立 websocket 连接后，则相当于进入房间成功，PC 端会出现一个对应的图标。
ws.open(serverId)
.then(() => {
// PC 端成功建立连接后
setStatus("linked"); // 更新页面的状态
// 生成二维码
qrcode(`/tools/index.html#/newslist?serverId=${serverId}`).then(url => {
setCodeUrl(url);
});
})
.catch(e => {
// 建立连接失败
console.error(e);
Modal.error({ title: "当前服务器出现问题啦，正在抢修中" });
setStatus("unlink");
});
3.2 客户端的断线重现机制
在移动端中的页面有个特点，当屏幕黑屏后，或者因为其他的原因，客户端会自动断开 socket 连接。
为了方便进行调试，而不是每次在断开连接后，需要手动点击，或者重新进入页面。我在这里实现了一个简单的断线重连机制。websocket 连接断开时，会执行onclose的回调，因此，我们可以在 onclose 事件中进行再次重连的机制。
同时，为了防止无限制的重连尝试，我在这里也进行了下限制，最多重连 3 次，3 次后还没有重新连接上，则停止连接；若重连成功，则将重连次数重置为 3。
断开连接时：
// 断开连接时
ws.onclose(() => {
timer = setTimeout(() => {
setStatus("unlink");
setCodeUrl("");
}, 500);
reconnectNum--;
// 限制重连的次数
if (reconnectNum >= 0) {
_open(); // 尝试重新连接
}
});
连接成功时：
ws.open(serverId).then(() => {
// PC 端成功建立连接后
+reconnectNum = 3;
+timer && clearTimeout(timer);
setStatus("linked"); // 更新页面的状态
// 生成二维码
qrcode(`/tools/index.html#/newslist?serverId=${serverId}`).then(url => {
setCodeUrl(url);
});
});
3.3 心跳检测
就像我们在 QQ 群里聊天一样，哪个人在线要一目了然，若有人进入到聊天群，或者有人退出了，都要通知房主，并及时地更新群列表。
心跳检测主要有 2 种方式：客户端发起的心跳检测和服务端维护的心跳检测。我们稍微讲解下这两种：
1.客户端发起的心跳：每隔一段固定的时间，向服务器端发送一个 ping 数据，如果在正常的情况下，服务器会返回一个 pong 给客户端，如果客户端通过 onmessage 事件能监听到的话，说明请求正常。
2.服务端维护的心跳：每隔一段时间，检测所有连接的状态，若状态为断开时，则将其从列表中剔除。
我在这里使用的是服务端维护的心跳检测，当房间里的设备数量发生变化时，则服务端向客户端推送最新的设备列表：
// 持续监测客户端的连接状态
// 若已断开连接，则将客户端清除
let aliveClients = new Map();
let lastAliveLength = new Map();
setInterval(() => {
let clients = {};
wss.clients.forEach(function each(ws) {
if (ws.isAlive === false) {
return ws.terminate();
}
const serverId = ws.serverId;
if (clients[serverId]) {
clients[serverId].push(ws);
} else {
clients[serverId] = [ws];
}
ws.isAlive = false;
ws.ping(() => {});
});
for (let serverId in clients) {
aliveClients.set(serverId, clients[serverId]);
const length = clients[serverId].length;
// 若当前serverId连接的设备数量发生变化，则发送消息
if (length !== lastAliveLength.get(serverId)) {
// 想当前所有serverId的设备发送消息
sendAll("devices", clients[serverId], serverId);
// 存储上次当前serverId的连接数
lastAliveLength.set(serverId, length);
}
}
const size = wss.clients.size;
console.log("connection num: ", size, new Date().toTimeString());
}, 2000);
4. 进行接口的调试
我们在第 3 节已经成功把 PC 端和新闻客户端连接起来了，那么怎么进行双端数据的通信？
4.1 接口的调试
我们在这里要传入 3 个字段：
1.serverId: 即房间号，服务端要将信息广播给所有带有 serverId 的成员；
2.type: 类型，这条指令是要做什么的；
3.msg: 传入的参数；
在接口调试的过程中，则传入的参数是：
const params = {
type: "post", // 类型
msg: {
// 参数
url: "https://api.prize.qq.com/v1/newsapp/answer/share/oneQ?qID=506336"
}
};
当客户端正常完成接口的请求后，则将接口结果、cookie 和设备信息等返回到 PC 端：
// 请求的方法
const post = url => {
if (window.TencentNews && window.TencentNews.post) {
window.TencentNews.post(url, {}, window[id], { loginType: "qqorweixin" }, {});
} else if (window.TencentNews && window.TencentNews.postData) {
window.TencentNews.postData(url, '{"a":"b"}', id, "requestErrorCallback");
}
};
// 移动端向服务端发起的数据
ws.send({
type: "postCb", // 执行的结果
msg: {
method: "post",
result,
cookie: document.cookie,
appInfo
}
});
这样就能在前端展示出结果了，而且是真实的数据请求。
4.2 历史记录的存储
历史记录这块，我们周边的同学在试用的过程中，还是非常迫切需要的需求。要不然每次要测试之前的接口地址时，都需要重新输入或者粘贴，非常不方便。
我们把用户请求的 URL、返回的结果、cookie、设备信息等比较完整的信息存储到 boss 中，而本地只存储历史的 URL，当用户需要再次测试之前的接口时，点击一下即可。若需要查看之前调试的接口，可以去鹰眼上进行查看。
本地采用的是localStorage的方式进行存储。还有更重要的是，我们也使用mobx的响应式工具，能够在用户完成这次请求后，马上在侧边的历史记录里看到结果。
5. 新闻客户端内 jsapi 的调试
除了可以调试接口外，还可以进行一些新闻客户端内的 jsapi 调试。我们新闻客户端的 jsapi 有两种调用的方式：
// 直接调用
window.TencentNews.login("qqorweixin", isLogined => console.log(isLogined));
// invoke方式调用
window.TencentNews.invoke("login", "qqorweixin", isLogined => console.log(isLogined));
这里我选择了使用invoke的方式来调用 jsapi。
PC 端发起 jsapi 的调用：
ws.send({
type: "call",
msg: {
method: method,
params: slice.call(arguments)
}
});
移动端在收到服务端发过来的请求后，进行 jsapi 的调用，并将执行的结果返回到 PC 端即可：
const handleNewsApi = async (msg: any): Promise<any> => {
await tencentReady();
const { method, params } = msg;
return new Promise(resolve => {
window.TencentNews.invoke(method, ...params, (result: any) => {
resolve({ method, result });
});
});
};
6. 总结
到这里，我的“基于 websocket 的多端桥接平台”基本上已经构建完毕了。不过还是有 2 个问题要简要的说明下。
6.1 为什么要手动输入 serverId
最开始想着用户创建房间时，由系统随机产生一个 uuid，但后来想，如果用户刷新页面了，这个 uuid 就会发生变化，导致无法连接到之前的 uuid，所以这里就换成了手动输入。
6.2 如何保证一个客户端的 socket 请求都进入到同一个进程中
当我们后台采用多个进程时，若用户的请求我们不做干预，会造成请求的随机访问，产生 400 的请求，毕竟最开始连接在 A 进程中，现在发起的请求到 B 进程中，B 进程不知道怎么处理了。
这里有多种方式可以进行处理：
| 方法 | 介绍 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| 一致性 hash 算法 | 所有的主机和连接都分配到 0 ～ 2^32-1 的虚拟圆中 | 1. 适用在大规模的应用； 2. 某个主机或者进程挂掉后，影响小 |
实现比较复杂 |
| nginx 分配 | 自带的 ip_hash 可实现负载均衡； 同一 ip 会被分配给固定的后端服务器 |
配置方便 | 可能会集中到某个进程中 |
我这里的平台是内部的调试平台，用户量不大，杀鸡焉用牛刀，而且我们只有一台机器，因此我们考虑的是同一个 IP 进入到同一个进程中。这里我借用里 nginx 中的 ip_hash 思想：当请求来到主进程后，我这里对 IP 进行加权计算后，然后按照进程的个数进行取模。
显然这种方式也有可能存在一个进程中 socket 连接过多的问题，不过在用户量不多的时候完全可以接受（针对这个问题我也考虑了别的方法，例如瀑布流的方式，每次给子进程分配连接的时候，都首先获取到连接数最少的那个进程，然后连接分配给这个进程，不过还要维护一个表，每次都要计算）。
6.3 多进程之间的通信
同一个房间里，当 PC 端的 socket 连接和多个移动端的连接不在同一个进程中时，就会存在跨进程的问题。一个极端的例子，每个 socket 连接都在不同的进程中，那么就要考虑如何通知其他的进程，需要给客户端发送请求了。
比较简单的方式利用我们的机制，每个 PC 端的用户就是房主，可以创建一个房间，移动设备就是房间中的成员，每个房间都是独立的，互不干扰。这样我们把房间里所有的 socket 连接，通过房间的标识，都放到同一个进程中，这样就没有跨进程的问题了。但这种方式存在的一个问题是：一个房间里的连接过多时，都需要这同一个进程来承担，而别的进程却闲着的。
还有可以使用 redis：利用 redis 的发布/订阅者模式，将当前进程中的房间标识和信息广播到其他的进程中，其他进程中有相同房间标识的 socket 连接，进行相应的操作。
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