​细说websocket - php篇 ​

news/2024/2/28 6:38:44

下面我画了一个图演示 client 和 server 之间建立 websocket 连接时握手部分,这个部分在 node 中可以十分轻松的完成,因为 node 提供的 net 模块已经对 socket 套接字做了封装处理,开发者使用的时候只需要考虑数据的交互而不用处理连接的建立。而 php 没有,从 socket 的连接、建立、绑定、监听等,这些都需要我们自己去操作,所以有必要拿出来再说一说。

    +--------+    1.发送Sec-WebSocket-Key        +---------+|        | --------------------------------> |        ||        |    2.加密返回Sec-WebSocket-Accept  |        || client | <-------------------------------- | server ||        |    3.本地校验                      |        ||        | --------------------------------> |        |+--------+                                   +--------+

看了我写的上一篇文章的同学应该是对上图有了比较全面的理解。① 和 ② 实际上就是一个 HTTP 的请求和响应,只不过我们在处理的过程中我们拿到的是没有经过解析的字符串。如:

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Origin: http://example.com

我们往常看到的请求是这个样子,当这东西到了服务器端,我们可以通过一些代码库直接拿到这些信息。

一、php 中处理 websocket

WebSocket 连接是由客户端主动发起的,所以一切要从客户端出发。第一步是要解析拿到客户端发过来的 Sec-WebSocket-Key 字符串。

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

前文中也提到了 client 请求的格式(如上),首先 php 建立一个 socket 连接,监听端口的信息。

1. socket 连接的建立

关于 socket 套接字的建立,相信很多大学修过计算机网络的人都知道了,下面是一张连接建立的过程:

// 建立一个 socket 套接字
$master = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP);
socket_set_option($master, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, 1);
socket_bind($master, $address, $port);
socket_listen($master);

相比 node,这个地方的处理实在是太麻烦了,上面几行代码并未建立连接,只不过这些代码是建立一个 socket 套接字必须要写的东西。由于处理过程稍微有复杂,所以我把各种处理写进了一个类中,方便管理和调用。

//demo.php
Class WS {var $master;  // 连接 server 的 clientvar $sockets = array(); // 不同状态的 socket 管理var $handshake = false; // 判断是否握手function __construct($address, $port){// 建立一个 socket 套接字$this->master = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP)   or die("socket_create() failed");socket_set_option($this->master, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, 1)  or die("socket_option() failed");socket_bind($this->master, $address, $port)                    or die("socket_bind() failed");socket_listen($this->master, 2)                               or die("socket_listen() failed");$this->sockets[] = $this->master;// debugecho("Master socket  : ".$this->master."\n");while(true) {//自动选择来消息的 socket 如果是握手 自动选择主机$write = NULL;$except = NULL;socket_select($this->sockets, $write, $except, NULL);foreach ($this->sockets as $socket) {//连接主机的 client if ($socket == $this->master){$client = socket_accept($this->master);if ($client < 0) {// debugecho "socket_accept() failed";continue;} else {//connect($client);array_push($this->sockets, $client);echo "connect client\n";}} else {$bytes = @socket_recv($socket,$buffer,2048,0);if($bytes == 0) return;if (!$this->handshake) {// 如果没有握手,先握手回应//doHandShake($socket, $buffer);echo "shakeHands\n";} else {// 如果已经握手,直接接受数据,并处理$buffer = decode($buffer);//process($socket, $buffer); echo "send file\n";}}}}}
}

上面这段代码是经过我调试了的,没太大的问题,如果想测试的话,可以在 cmd 命令行中键入 php /path/to/demo.php;当然,上面只是一个类,如果要测试的话,还得新建一个实例。

$ws = new WS('localhost', 4000);

客户端代码可以稍微简单点:

var ws = new WebSocket("ws://localhost:4000");
ws.onopen = function(){console.log("握手成功");
};
ws.onerror = function(){console.log("error");
};

运行服务器代码,当客户端连接的时候,我们可以看到:

通过上面的代码可以清晰的看到整个交流的过程。首先是建立连接,node 中这一步已经封装到了 net 和 http 模块,然后判断是否握手,如果没有的话,就 shakeHands。这里的握手我直接就 echo 了一个单词,表示进行了这个东西,前文我们提到过握手算法,这里就直接写了。

2. 提取 Sec-WebSocket-Key 信息

function getKey($req) {$key = null;if (preg_match("/Sec-WebSocket-Key: (.*)\r\n/", $req, $match)) { $key = $match[1]; }return $key;
}

这里比较简单,直接正则匹配,websocket 信息头一定包含 Sec-WebSocket-Key,所以我们匹配起来也比较快捷~

3. 加密 Sec-WebSocket-Key

function encry($req){$key = $this->getKey($req);$mask = "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11";return base64_encode(sha1($key . '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11', true));
}

将 SHA-1 加密后的字符串再进行一次 base64 加密。如果加密算法错误,客户端在进行校检的时候会直接报错:

4. 应答 Sec-WebSocket-Accept

function dohandshake($socket, $req){// 获取加密key$acceptKey = $this->encry($req);$upgrade = "HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n" ."Upgrade: websocket\r\n" ."Connection: Upgrade\r\n" ."Sec-WebSocket-Accept: " . $acceptKey . "\r\n" ."\r\n";// 写入socketsocket_write(socket,$upgrade.chr(0), strlen($upgrade.chr(0)));// 标记握手已经成功,下次接受数据采用数据帧格式$this->handshake = true;
}

这里千万要注意,每一个请求和相应的格式,最后有一个空行,也就是 \r\n,开始测试的时候把这东西给弄丢了,纠结了半天。

当客户端成功校检key后,会触发 onopen 函数:

5. 数据帧处理

// 解析数据帧
function decode($buffer)  {$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;
}

这里涉及的编码问题在前文中已经提到过了,这里就不赘述,php 对字符处理的函数太多了,也记得不是特别清楚,这里就没有详细的介绍解码程序,直接把客户端发送的数据原样返回,可以算是一个聊天室的模式吧。

// 返回帧信息处理
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 $ns;
}// 返回数据
function send($client, $msg){$msg = $this->frame($msg);socket_write($client, $msg, strlen($msg));
}

客户端代码:

var ws = new WebSocket("ws://localhost:4000");
ws.onopen = function(){console.log("握手成功");
};
ws.onmessage = function(e){console.log("message:" + e.data);
};
ws.onerror = function(){console.log("error");
};
ws.send("李靖");

在连通之后发送数据,服务器原样返回:

二、注意问题

1. websocket 版本问题

客户端在握手时的请求中有Sec-WebSocket-Version: 13,这样的版本标识,这个是一个升级版本,现在的浏览器都是使用的这个版本。而以前的版本在数据加密的部分更加麻烦,它会发送两个key:

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Key1: xxxx
Sec-WebSocket-Key2: xxxx

如果是这种版本(比较老,已经没在使用了),需要通过下面的方式获取

function encry($key1,$key2,$l8b){ //Get the numbers preg_match_all('/([\d]+)/', $key1, $key1_num); preg_match_all('/([\d]+)/', $key2, $key2_num);$key1_num = implode($key1_num[0]);$key2_num = implode($key2_num[0]);//Count spacespreg_match_all('/([ ]+)/', $key1, $key1_spc);preg_match_all('/([ ]+)/', $key2, $key2_spc);if($key1_spc==0|$key2_spc==0){ $this->log("Invalid key");return; }//Some math$key1_sec = pack("N",$key1_num / $key1_spc);$key2_sec = pack("N",$key2_num / $key2_spc);return md5($key1_sec.$key2_sec.$l8b,1);
}

只能无限吐槽这种验证方式!相比 nodeJs 的 websocket 操作方式:

//服务器程序
var crypto = require('crypto');
var WS = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11';
require('net').createServer(function(o){var key;o.on('data',function(e){if(!key){//握手key = e.toString().match(/Sec-WebSocket-Key: (.+)/)[1];key = crypto.createHash('sha1').update(key + WS).digest('base64');o.write('HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n');o.write('Upgrade: websocket\r\n');o.write('Connection: Upgrade\r\n');o.write('Sec-WebSocket-Accept: ' + key + '\r\n');o.write('\r\n');}else{console.log(e);};});
}).listen(8000);

多么简洁,多么方便!有谁还愿意使用 php 呢。。。。

2. 数据帧解析代码

本文没有给出 decodeFrame 这样数据帧解析代码,前文中给出了数据帧的格式,解析纯属体力活。

3. 代码下载

对这部分感兴趣的同学,可以再去深究。提供了参考代码下载。

4. 相关开源库参考

http://socketo.me Ratchet 为 php 封装的一个 WebSockets 库。 ]

Google 上搜索 php+websoket+class,也能找到不少相关的资料。

三、参考资料

  • PHP: Socket 函数 - Manual php manual
  • http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc6455.txt  [RFC6455] WebSocket

http://www.ppmy.cn/news/163789.html

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