计算机网络 --- WebSocket协议 和 Signalr

什么是WebSocket

• HTTP是基于TCP协议的，同一时间里，客户端和服务器只能有一方主动发数据，是半双工通信。

• 通常，打开某个网页，我们每点击一次网页上的某个选项，前端就会发送一次HTTP请求，网站返回一次HTTP响应。这种由客户端主动请求，服务器响应的方式满足大部分网页的功能场景。但这种情况下，服务器不会主动给客户端发消息。而类似网页游戏这样的场景，是需要客户端和服务器之间互相主动发大量数据的。

• 因此，我们需要一个基于TCP的新协议，即新的应用层协议WebSocket。
• 它的最大特点就是，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：

• 建立在 TCP 协议之上，服务器端的实现比较容易。
• 与 HTTP 协议有着良好的兼容性。默认端口也是80和
• 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。
• 数据格式比较轻量，性能开销小，通信高效。
• 可以发送文本，也可以发送二进制数据。
• 没有同源限制，客户端可以与任意服务器通信。
• 协议标识符是ws（如果加密，则为wss），服务器网址就是 URL
  

• 使用WebSocket注意事项

• 资源消耗：WebSocket 连接是持久的，这意味着服务器端需要分配和管理每个连接的资源。如果同时有大量连接存在，可能会对服务器的性能和资源消耗造成压力
• 安全性考虑：由于 WebSocket 允许服务器端向客户端发送实时数据，因此存在安全风险。如果不正确地实施安全措施，可能会导致跨站点脚本攻击（XSS）和其他安全漏洞
• 连接状态维护：与传统的 HTTP 请求不同，WebSocket 建立了一个持久的连接，需要维护连接状态。这意味着服务器端需要消耗额外的资源来管理连接、保持连接状态和处理连接断开等情况
• 防火墙和代理限制：某些网络环境中的防火墙或代理服务器可能会阻止 WebSocket 连接。这可能导致在特定网络配置下，无法建立或保持 WebSocket 连接，从而影响实时通信功能的可用性

什么是Signalr

• 因为WebSocket是无状态的,如果因为网络问题中断的话, 则重连之后, 服务器会丢失所有客户端的信息. 所以使用原生WebSocket的话, 需要自己在服务器端实现状态管理.

• SignalR 是一个开源的 Microsoft .NET 库，用于实现实时双向通信功能。它简化了在 Web 应用程序中实现实时功能的开发过程，允许服务器端代码能够主动推送数据到客户端，并支持客户端与服务器之间的实时双向通信。
• SignalR 支持多种传输协议

• WebSocket
• Server-Sent Events（SSE）
• 长轮询
• Forever Frame

• Signalr对于每个链接提供了一个connectionId, 这样可以服务器端可以通过connectionId识别出来客户端, 实现状态管理

SignalR 的主要特点包括：

• 实时双向通信：SignalR 允许服务器端向客户端实时推送数据，同时也支持客户端向服务器端发送消息，实现双向通信。
• 广播和组管理：SignalR 提供了广播功能，可以将消息同时发送给多个客户端。它还支持将客户端分组，可以根据需要将消息发送给特定的客户端组。
• 自动重连和状态管理：SignalR 具有自动重连功能，如果连接中断，它会尝试重新建立连接。同时，它还能够管理客户端和服务器之间的连接状态，包括连接建立、连接断开和错误处理等。
• 扩展性和可定制性：SignalR 可以在不同的扩展点进行定制，开发人员可以根据需要修改消息传输、身份验证和授权等方面的行为。
• 总体而言，SignalR 提供了一种简单且强大的方式来实现实时双向通信功能，并且能够与 ASP.NET、ASP.NET Core 和其他 .NET 平台无缝集成。

Signalr Example – SimpleChat

服务器端

using Microsoft.AspNetCore.Builder;
using Microsoft.AspNetCore.Hosting;
using Microsoft.AspNetCore.Http;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;

namespace SignalRServer
{
    public class Startup
    {
        public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
        {
            services.AddSignalR();
        }

        public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)
        {
            if (env.IsDevelopment())
            {
                app.UseDeveloperExceptionPage();
            }

            app.UseRouting();
//将Hub和Http uri进行绑定
            app.UseEndpoints(endpoints =>
            {
                endpoints.MapHub<ChatHub>("/chathub");
            });
        }
    }

    public class ChatHub : Microsoft.AspNetCore.SignalR.Hub
    {
        public async Task Broadcast(string message)
        {
        //"ReceiveMessage" 是客户端注册的接收消息的回调函数的名字
            await Clients.All.SendAsync("ReceiveMessage", message);
        }
		public async Task SendMessage(string message)
        {
            var connectionId = Context.ConnectionId;
            await Clients.All.SendAsync("ReceiveMessage", connectionId, message);
        }
    }
}
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• 在上述代码中，我们首先在 ConfigureServices 方法中添加了 SignalR 服务。然后，在 Configure 方法中注册了 ChatHub，并将其映射到 /chathub 路由。

• ChatHub 是一个继承自 Microsoft.AspNetCore.SignalR.Hub 的类，它包含了一个名为 SendMessage 的方法，用于接收客户端发送的消息，并将消息通过 Clients.All.SendAsync 发送给所有连接的客户端。

客户端

from signalrcore.hub_connection_builder import HubConnectionBuilder

# 创建 SignalR 连接
connection = HubConnectionBuilder() \
    .with_url("http://example.com/chathub") \
    .build()

# 定义收到消息时的回调函数
def on_message(message):
    print("Received message:", message)

# 注册消息回调函数
connection.on("ReceiveMessage", on_message)

# 启动连接
connection.start()

# 发送消息, SendMessage 是服务器端Hub里定义的接受消息的方法名
while True:
    message = input("Enter a message to send: ")
    connection.send("SendMessage", message)

# 断开连接
connection.stop()
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• 在这个例子中，我们使用 signalrcore 库创建了一个 SignalR 连接，并指定了服务器的 URL（http://example.com/chathub）。然后，我们定义了一个回调函数 on_message，用于处理接收到的消息。接下来，我们通过调用 connection.on() 注册回调函数，以便在收到消息时触发回调函数。

• 然后，我们通过调用 connection.start() 启动连接。在连接启动后，我们进入一个循环，等待用户输入要发送的消息，并通过调用 connection.send() 发送消息到服务器.

注意

• Hub 类是Transient的, 也就是用完一次就会被销毁
• 不要将状态存储在 Hub 类的属性中。每次调用 Hub 方法时，都会在一个新的 Hub 实例上执行。
• 不要直接通过依赖注入实例化一个 Hub。可以使用 IHubContext 来从应用程序的其他位置向客户端发送消息。
• 在调用依赖于 Hub 保持活动状态的异步方法时，请使用 await。例如，如果在没有使用 await 的情况下调用类似 Clients.All.SendAsync(…) 的方法，并且在 SendAsync 完成之前 Hub 方法已经完成，那么该方法可能会失败.

使用 IHubContext 从应用程序的其他位置向客户端发送消息

public class NotificationService
{
    private readonly IHubContext<ChatHub> _hubContext;

    public NotificationService(IHubContext<ChatHub> hubContext)
    {
        _hubContext = hubContext;
    }

    public async Task SendNotificationToAllClients(string message)
    {
        await _hubContext.Clients.All.SendAsync("ReceiveNotification", message);
    }
}
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