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编程 PHP

PHP 实现 WebSocket 协议原理与应用详解

Posted in PHP onApril 22, 2020

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。

希望本文所述对大家PHP程序设计有所帮助。

PHP 实现 WebSocket 协议原理与应用详解

- Author -

Ryan_zheng

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