WebSockets服务器架构如何工作？

Question

WebSockets服务器架构如何工作？

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我正在努力了解使用服务端架构的WebSockets是如何工作的，目标是将其实现在嵌入式应用程序中。看起来这里涉及到 3 个不同的服务端软件组件：1）Web服务器用于提供静态HTTP页面和处理升级请求，2）WebSockets库（例如libwebsockets）用于处理WebSockets通信的"核心部分"，3）我的自定义应用程序实际上负责处理传入数据。它们如何结合起来呢？是否常见有单独的Web服务器和WebSocket处理模块，也就是WebSocket服务器/守护进程？

我的应用程序如何与Web服务器和/或WebSockets库进行通信以发送/接收数据？例如，对于CGI，Web服务器使用环境变量向自定义应用程序发送信息，并使用stdout接收响应。这里是否有等效的通信系统？或者通常将WebSocket库链接到自定义应用程序中？但是那么Web服务器到WebSocket库+自定义应用程序的通信会如何运作？或者将全部3个组件合并为单个组件？

我询问的原因是，我正在使用boa Web服务器，在具有受限内存的Blackfin处理器上的uClinux/无MMU平台上运行。boa没有本地WebSocket支持，只有CGI。我正在尝试弄清楚如何将WebSockets支持添加到其中。我更喜欢使用编译的解决方案，而不是像JavaScript、Python或PHP这样的解释性语言。我的当前应用程序使用长轮询通过CGI，这对计划中的增强性能来说不足够。

- Jon

1个回答

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- jfriend00 · Accepted Answer

首先，了解WebSocket连接的建立方式非常重要，因为这与WebSocket连接和您的Web服务器之间的重要关系有关。

每个WebSocket连接都始于一个HTTP请求。浏览器向请求WebSocket连接的主机/端口发送HTTP请求。该请求可能类似于以下内容：

GET /chat HTTP/1.1
Host: example.com:8000
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Sec-WebSocket-Version: 13

这个请求与向该服务器发出的其他HTTP请求的区别在于请求中的Upgrade: websocket头部。这告诉HTTP服务器，这个特定的请求实际上是一个用于初始化webSocket连接的请求。该头部还允许Web服务器区分普通HTTP请求和打开webSocket连接的请求。这在架构中非常重要，并且完全是有意为之的。这允许使用完全相同的服务器和端口来为您的Web请求和webSocket连接提供服务。只需要在Web服务器上添加一个组件，它会查找所有传入的HTTP连接中的此Upgrade头部，并且如果找到，它将接管连接并将其转换为webSocket连接。

一旦服务器识别了这个upgrade头部，它会响应一个合法的HTTP响应，但其中信号客户端已经接受了升级到webSocket协议，如下所示：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=

在此时，客户端和服务器都保持原始HTTP请求的套接字开放，并同时切换到webSocket协议。

现在，回答你的具体问题：

应用程序如何与Web服务器和/或WebSocket库通信以发送/接收数据？

您的应用程序可以使用现代浏览器中内置的webSocket支持，并可以像这样启动webSocket连接：

var socket = new WebSocket("ws://www.example.com");

这将指示浏览器启动与www.example.com的webSocket连接，使用与当前网页连接相同的端口。由于浏览器内置了webSocket支持，客户端会自动处理上述HTTP请求和升级协议。

在服务器端，您需要确保使用具有传入webSocket支持的Web服务器，并启用和配置该支持。由于一旦建立webSocket连接就是连续连接，它根本不遵循CGI模型。必须至少有一个长时间运行的过程来处理实时webSocket连接。在服务器模型（如CGI）中，您需要某种支持此长时间运行过程的webServer附加组件，以支持webSocket连接。在像已经是长时间运行过程的node.js这样的服务器环境中，添加webSockets在架构上没有任何变化 - 而只是为了支持webSocket协议而添加的其他库。

我建议您阅读本文，因为它讨论了从CGI-style单个请求处理到webSocket的连续套接字连接的过渡可能会很有趣：

Web Evolution：从CGI到Websockets（以及它如何帮助您更好地监视云基础架构）

如果您确实想坚持使用stdin/stdout模型，那么有一些为webSockets建模的库可供使用。这里是一个这样的库。他们的标语是"就像CGI一样，二十年后，适用于WebSockets"。

我正在尝试弄清楚如何添加WebSockets支持。我更喜欢使用编译解决方案，而不是JavaScript、Python或PHP等解释性语言。

抱歉，我不熟悉那个特定的服务器环境。找出您的选择可能需要进行深入搜索。由于webSocket连接是连续的连接，因此您将需要一个持续运行的进程，可以成为webSocket连接的服务器端部分。这可以是内置于您的webServer中的内容，也可以是webServer启动并转发传入连接的附加进程。

FYI，我在家里使用树莓派搭建了一个定制应用程序，它使用WebSockets与浏览器网页进行实时通信，并且运行良好。我恰好使用node.js作为服务器环境，并使用socket.io库在WebSockets上运行，以便在WebSockets的基础上提供更高级别的接口。我的服务器代码定期检查几个硬件传感器，然后每当有新的/更改的数据要报告时，就会向任何开放的WebSockets发送消息，以便连接的浏览器可以实时更新传感器读数。

您可能需要一些长时间运行的应用程序，将传入的WebSockets连接从Web服务器传递到您的长时间运行的进程，或者您需要在不同于Web服务器的端口上进行WebSockets连接（以便可以由完全不同的服务器进程处理），在这种情况下，您将拥有一个完全独立的服务器来处理WebSockets请求和套接字（此服务器还必须支持CORS以使浏览器能够连接到它，因为它将是与Web页面不同的端口）。