Swoole WebSocket子协议与扩展

好嘞！各位观众老爷们，欢迎来到今天的“Swoole WebSocket 子协议与扩展”专场脱口秀！我是你们的老朋友，人称“代码界段子手”的程序猿小李。今天咱们不谈风花雪月，就聊聊这WebSocket背后的那些“潜规则”和“黑科技”。

开场白：WebSocket，不止是“你好，世界！”

话说这WebSocket，自从横空出世，就成了Web应用实时通信领域的“当红炸子鸡”。它打破了HTTP协议的“请求-响应”模式，让服务器也能主动推送消息给客户端，简直是消息推送界的“及时雨”，告别了轮询时代的“望眼欲穿”。

但是，各位有没有想过，如果所有的WebSocket连接都只传递“你好，世界！”这种简单文本，那岂不是大材小用？就像给法拉利装个三轮车的引擎，浪费啊！

所以，为了让WebSocket发挥更大的作用，我们引入了今天的主角：子协议 (Subprotocol) 和扩展 (Extension)。它们就像是给WebSocket穿上了“定制西装”和加装了“豪华配置”，让它能更好地服务于各种不同的应用场景。

第一幕：子协议，WebSocket的“方言”

想象一下，你和一位外国友人用英语交流，虽然大家都能说英语，但如果对方习惯用一些俚语或者行业术语，你可能就会一脸懵逼。子协议的作用就类似于WebSocket世界的“方言”，它定义了在WebSocket连接上传输的数据格式和通信规则。

1. 为什么要用子协议？

• 标准化数据格式: 不同的应用场景需要不同的数据格式，例如JSON、XML、Protobuf等等。子协议可以确保客户端和服务器使用相同的数据格式进行通信，避免“鸡同鸭讲”。
• 定制化通信规则: 不同的应用场景需要不同的通信规则，例如聊天室需要支持广播消息，游戏需要支持实时同步。子协议可以定义特定的消息类型和处理逻辑，满足不同的业务需求。
• 提高效率: 通过预先定义好的数据格式和通信规则，可以减少数据解析和处理的开销，提高通信效率。

2. 如何使用子协议？

在建立WebSocket连接时，客户端可以通过Sec-WebSocket-Protocol头部来指定自己支持的子协议。服务器可以根据客户端的请求，选择一个合适的子协议进行协商。

// 客户端
const ws = new WebSocket('ws://example.com', ['chat', 'game']);

ws.onopen = () => {
  console.log('WebSocket 连接已建立，使用的子协议：', ws.protocol);
};

// Swoole 服务器端
$server = new SwooleWebSocketServer("0.0.0.0", 9501);

$server->on('open', function (SwooleWebSocketServer $server, $request) {
    // $request->header['sec-websocket-protocol'] 获取客户端请求的子协议列表
    if (isset($request->header['sec-websocket-protocol'])) {
        $protocols = explode(', ', $request->header['sec-websocket-protocol']);
        // 选择一个支持的子协议
        if (in_array('chat', $protocols)) {
            $server->upgrade($request->fd, 'chat'); // 指定使用 chat 子协议
            return;
        }
        if (in_array('game', $protocols)) {
            $server->upgrade($request->fd, 'game'); // 指定使用 game 子协议
            return;
        }
    }

    $server->upgrade($request->fd); // 没有找到支持的子协议，直接升级
});

3. 常见的子协议

子协议名称	描述	适用场景
JSON	使用JSON格式传输数据，简单易用，广泛应用于各种Web应用。	各种需要传输结构化数据的应用，例如实时聊天、数据推送等。
XML	使用XML格式传输数据，可扩展性强，但解析较为复杂。	企业级应用，需要与其他系统进行数据交换。
Protobuf	Google开发的协议，性能高、效率高，但需要定义.proto文件。	对性能要求较高的应用，例如游戏、金融交易等。
MQTT	基于发布/订阅模式的轻量级消息协议，适用于物联网场景。	物联网设备通信、消息推送等。
WAMP	WebSocket应用消息协议，提供远程过程调用和发布/订阅功能。	构建复杂的实时应用，例如实时协作、分布式系统等。
STOMP	简单（或流文本）面向消息的协议，允许消息中间件客户端通过任何可靠的双向网络协议进行交互。	消息队列和企业集成场景。

第二幕：扩展，WebSocket的“百变金刚”

如果说子协议是WebSocket的“方言”，那么扩展就是WebSocket的“百变金刚”。它可以对WebSocket协议进行扩展，增加额外的功能，例如压缩、加密等等，让WebSocket更加强大。

1. 为什么要用扩展？

• 压缩数据: 减少数据传输量，提高带宽利用率，例如permessage-deflate扩展。
• 加密数据: 提高数据安全性，防止数据被窃取或篡改，例如TLS扩展。
• 复用连接: 减少连接建立和断开的开销，提高性能，例如多路复用扩展。

2. 如何使用扩展？

与子协议类似，客户端可以通过Sec-WebSocket-Extensions头部来指定自己支持的扩展。服务器可以根据客户端的请求，选择一个合适的扩展进行协商。

// 客户端
const ws = new WebSocket('ws://example.com', [], {
  headers: {
    'Sec-WebSocket-Extensions': 'permessage-deflate; client_max_window_bits'
  }
});

ws.onopen = () => {
  console.log('WebSocket 连接已建立，使用的扩展：', ws.extensions);
};

// Swoole 服务器端
$server = new SwooleWebSocketServer("0.0.0.0", 9501);

$server->set([
    'open_websocket_compression' => true, // 开启 permessage-deflate 扩展
]);

3. 常见的扩展

扩展名称	描述	作用
permessage-deflate	使用DEFLATE算法对消息进行压缩，减少数据传输量。	节省带宽，提高传输速度。
deflate-frame	将消息分割成多个帧进行压缩，适用于大型消息的传输。	优化大型消息的压缩效果。
Sec-WebSocket-Protocol	虽然名字像是协议，但有些实现也将其作为一种扩展来处理，用于协商子协议。	协商子协议。
TLS	使用TLS协议对WebSocket连接进行加密，保证数据安全性。	保证数据安全，防止数据被窃取或篡改。

第三幕：Swoole与子协议、扩展的“爱情故事”

Swoole作为PHP界的“高性能发动机”，对WebSocket的支持自然不在话下。它提供了丰富的API，让你可以轻松地使用子协议和扩展，构建各种强大的实时应用。

1. Swoole中使用子协议

在Swoole中，你可以通过$server->upgrade()方法来指定使用的子协议。

// Swoole 服务器端
$server->on('open', function (SwooleWebSocketServer $server, $request) {
    if (isset($request->header['sec-websocket-protocol'])) {
        $protocols = explode(', ', $request->header['sec-websocket-protocol']);
        if (in_array('chat', $protocols)) {
            $server->upgrade($request->fd, 'chat'); // 指定使用 chat 子协议
            return;
        }
    }

    $server->upgrade($request->fd);
});

2. Swoole中使用扩展

Swoole内置了对permessage-deflate扩展的支持，你可以通过设置open_websocket_compression参数来开启它。

// Swoole 服务器端
$server = new SwooleWebSocketServer("0.0.0.0", 9501);

$server->set([
    'open_websocket_compression' => true, // 开启 permessage-deflate 扩展
]);

3. Swoole实战：打造一个实时聊天室

让我们用Swoole和子协议，来打造一个简单的实时聊天室。

• 子协议: 使用JSON格式传输消息。
• 消息类型:
  • message: 普通消息。
  • join: 加入聊天室。
  • leave: 离开聊天室。

// Swoole 服务器端
$server = new SwooleWebSocketServer("0.0.0.0", 9501);

$users = []; // 保存用户连接

$server->on('open', function (SwooleWebSocketServer $server, $request) use (&$users) {
    if (isset($request->header['sec-websocket-protocol'])) {
        $protocols = explode(', ', $request->header['sec-websocket-protocol']);
        if (in_array('json', $protocols)) {
            $server->upgrade($request->fd, 'json');
        } else {
            $server->disconnect($request->fd); // 不支持 json 协议，断开连接
        }
    } else {
        $server->disconnect($request->fd); // 没有指定协议，断开连接
    }

    $users[$request->fd] = $request->fd; // 记录用户连接
    sendAll($server, ['type' => 'join', 'user_id' => $request->fd]); // 广播用户加入消息
});

$server->on('message', function (SwooleWebSocketServer $server, $frame) use (&$users) {
    $data = json_decode($frame->data, true); // 解析 JSON 数据
    if ($data === null) {
        return; // 数据格式错误
    }

    switch ($data['type']) {
        case 'message':
            $message = htmlspecialchars($data['message']); // 防止 XSS 攻击
            sendAll($server, ['type' => 'message', 'user_id' => $users[$frame->fd], 'message' => $message]); // 广播消息
            break;
        default:
            break;
    }
});

$server->on('close', function (SwooleWebSocketServer $server, $fd) use (&$users) {
    unset($users[$fd]); // 移除用户连接
    sendAll($server, ['type' => 'leave', 'user_id' => $fd]); // 广播用户离开消息
});

function sendAll(SwooleWebSocketServer $server, $data) {
    global $users;
    $message = json_encode($data);
    foreach ($users as $fd) {
        $server->push($fd, $message);
    }
}

$server->start();

// 客户端
const ws = new WebSocket('ws://example.com:9501', ['json']);

ws.onopen = () => {
  console.log('WebSocket 连接已建立');
  ws.send(JSON.stringify({type: 'join'}));
};

ws.onmessage = (event) => {
  const data = JSON.parse(event.data);
  switch (data.type) {
    case 'message':
      console.log(`${data.user_id}: ${data.message}`);
      break;
    case 'join':
      console.log(`用户 ${data.user_id} 加入了聊天室`);
      break;
    case 'leave':
      console.log(`用户 ${data.user_id} 离开了聊天室`);
      break;
  }
};

function sendMessage() {
  const message = document.getElementById('message').value;
  ws.send(JSON.stringify({type: 'message', message: message}));
  document.getElementById('message').value = '';
}

第四幕：注意事项和最佳实践

在使用子协议和扩展时，有一些注意事项和最佳实践需要牢记在心。

• 兼容性: 确保客户端和服务器都支持所使用的子协议和扩展。
• 安全性: 对传输的数据进行必要的安全处理，例如防止XSS攻击。
• 性能: 选择合适的子协议和扩展，避免过度使用，影响性能。
• 文档: 编写清晰的文档，说明子协议和扩展的使用方法。

总结：WebSocket的“无限可能”

各位观众老爷们，今天的“Swoole WebSocket 子协议与扩展”专场脱口秀就到这里告一段落了。希望通过今天的讲解，大家对WebSocket的“潜规则”和“黑科技”有了更深入的了解。

子协议和扩展就像是给WebSocket插上了翅膀，让它可以飞得更高、更远。只要我们善于利用它们，就能构建出各种强大的实时应用，让我们的Web世界更加精彩！

记住，代码的世界，充满着无限可能！💪

(鞠躬，下台)