基于 websocket 的多端桥接平台

蚊子前端博客
发布于 2020-03-22 19:33
我们现在的业务是基于新闻客户端实现的,都要经过新闻客户端的环境,进行前后端数据上的交互。但是我们在调试过程中,非常的不方便.

我们现在的业务是基于新闻客户端实现的,都要经过新闻客户端的环境,进行前后端数据上的交互。但是我们在调试过程中,非常的不方便。

通常使用的工具有:modheader, postman, fiddler 等,但这些工具都会存在的问题:

  1. 缺少客户端里相应的设备信息;

  2. 即使将 cookie 信息复制出来,也是存在过期的问题;

  3. 多个设备之间切换时不方便;

针对这些存在的问题和不足,我基于 websocket 双向通信的特点,并实现了“多端桥接管理平台”:通过在 PC 端上的操作,可以直接在新闻客户端内直接执行相应的命令,并将结果、cookie、设备信息等一起返回到 PC 端。

1. 要调试什么

我们主要要知道调试什么,最终回去到什么样子的结果:

  1. 调试接口,传入接口地址,即可获取对应的结果;并且可以同时调试多个设备;

  2. 调试 jsapi,输入对应的方法,则即可在新闻客户端中展示出效果。

在调试接口方面,其实我们有一种方法可以方便地进行调试,但有两个限制条件:Android系统测试版的客户端,这样通过 Chrome 浏览器进行桥接。但这种方式,在 iOS 系统和正式版的客户端中,就失效了。

2. websocket 的特性

WebSocket 协议的最大特点就是,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。

websocket与http的对比-蚊子的前端博客

其他特点包括:

  1. 建立在 TCP 协议之上,服务器端的实现比较容易。

  2. 与 HTTP 协议有着良好的兼容性。默认端口也是 80 和 443,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。

  3. 数据格式比较轻量,性能开销小,通信高效。

  4. 可以发送文本,也可以发送二进制数据。

  5. 没有同源限制,客户端可以与任意服务器通信。

  6. 协议标识符是 ws(如果加密,则为 wss),服务器网址就是 URL。

3. 建立 socket 连接

为了满足我们在第 1 部分设置的调试目标,我们这里要实现的功能有:

  1. PC 端相当于房主,建立房间后,其他设备可以进入到该房间,一个设备只能进入到一个房间中;

  2. 客户端有断线重连的机制,当客户端断开连接后,可以尝试重连;

  3. 服务端维护一个心跳检测的机制,当有新设备进入或者之前的设备退出时,要及时地更新当前房间中的设备列表;

3.1 如何创建房间

在浏览器上输入房间的标识,若浏览器与服务端成功建立起 websocket 连接后,则在浏览器端创建对应的二维码。用微信/手 Q 或者其他扫描二维码的设备进行扫描,即可通过提前设定的 scheme 协议,跳转到新闻客户端里对应的调试页面。

若客户端里也与服务端成功建立 websocket 连接后,则相当于进入房间成功,PC 端会出现一个对应的图标。

COPYJAVASCRIPT

ws.open(serverId) .then(() => { // PC 端成功建立连接后 setStatus("linked"); // 更新页面的状态 // 生成二维码 qrcode(`/tools/index.html#/newslist?serverId=${serverId}`).then(url => { setCodeUrl(url); }); }) .catch(e => { // 建立连接失败 console.error(e); Modal.error({ title: "当前服务器出现问题啦,正在抢修中" }); setStatus("unlink"); });

3.2 客户端的断线重现机制

在移动端中的页面有个特点,当屏幕黑屏后,或者因为其他的原因,客户端会自动断开 socket 连接。

为了方便进行调试,而不是每次在断开连接后,需要手动点击,或者重新进入页面。我在这里实现了一个简单的断线重连机制。websocket 连接断开时,会执行onclose的回调,因此,我们可以在 onclose 事件中进行再次重连的机制。

同时,为了防止无限制的重连尝试,我在这里也进行了下限制,最多重连 3 次,3 次后还没有重新连接上,则停止连接;若重连成功,则将重连次数重置为 3。

断开连接时:

COPYJAVASCRIPT

// 断开连接时 ws.onclose(() => { timer = setTimeout(() => { setStatus("unlink"); setCodeUrl(""); }, 500); reconnectNum--; // 限制重连的次数 if (reconnectNum >= 0) { _open(); // 尝试重新连接 } });

连接成功时:

COPYDIFF

ws.open(serverId).then(() => { // PC 端成功建立连接后 + reconnectNum = 3; + timer && clearTimeout(timer); setStatus("linked"); // 更新页面的状态 // 生成二维码 qrcode(`/tools/index.html#/newslist?serverId=${serverId}`).then(url => { setCodeUrl(url); }); });

3.3 心跳检测

就像我们在 QQ 群里聊天一样,哪个人在线要一目了然,若有人进入到聊天群,或者有人退出了,都要通知房主,并及时地更新群列表。

心跳检测主要有 2 种方式:客户端发起的心跳检测和服务端维护的心跳检测。我们稍微讲解下这两种:

  • 客户端发起的心跳:每隔一段固定的时间,向服务器端发送一个 ping 数据,如果在正常的情况下,服务器会返回一个 pong 给客户端,如果客户端通过 onmessage 事件能监听到的话,说明请求正常。

  • 服务端维护的心跳:每隔一段时间,检测所有连接的状态,若状态为断开时,则将其从列表中剔除。

我在这里使用的是服务端维护的心跳检测,当房间里的设备数量发生变化时,则服务端向客户端推送最新的设备列表:

COPYJAVASCRIPT

// 持续监测客户端的连接状态 // 若已断开连接,则将客户端清除 let aliveClients = new Map(); let lastAliveLength = new Map(); setInterval(() => { let clients = {}; wss.clients.forEach(function each(ws) { if (ws.isAlive === false) { return ws.terminate(); } const serverId = ws.serverId; if (clients[serverId]) { clients[serverId].push(ws); } else { clients[serverId] = [ws]; } ws.isAlive = false; ws.ping(() => {}); }); for (let serverId in clients) { aliveClients.set(serverId, clients[serverId]); const length = clients[serverId].length; // 若当前serverId连接的设备数量发生变化,则发送消息 if (length !== lastAliveLength.get(serverId)) { // 想当前所有serverId的设备发送消息 sendAll("devices", clients[serverId], serverId); // 存储上次当前serverId的连接数 lastAliveLength.set(serverId, length); } } const size = wss.clients.size; console.log("connection num: ", size, new Date().toTimeString()); }, 2000);

4. 进行接口的调试

我们在第 3 节已经成功把 PC 端和新闻客户端连接起来了,那么怎么进行双端数据的通信?

4.1 接口的调试

我们在这里要传入 3 个字段:

  • serverId: 即房间号,服务端要将信息广播给所有带有 serverId 的成员;

  • type: 类型,这条指令是要做什么的;

  • msg: 传入的参数;

在接口调试的过程中,则传入的参数是:

COPYJAVASCRIPT

const params = { type: "post", // 类型 msg: { // 参数 url: "https://api.prize.qq.com/v1/newsapp/answer/share/oneQ?qID=506336" } };

当客户端正常完成接口的请求后,则将接口结果、cookie 和设备信息等返回到 PC 端:

COPYJAVASCRIPT

// 请求的方法 const post = url => { if (window.TencentNews && window.TencentNews.post) { window.TencentNews.post(url, {}, window[id], { loginType: "qqorweixin" }, {}); } else if (window.TencentNews && window.TencentNews.postData) { window.TencentNews.postData(url, '{"a":"b"}', id, "requestErrorCallback"); } }; // 移动端向服务端发起的数据 ws.send({ type: "postCb", // 执行的结果 msg: { method: "post", result, cookie: document.cookie, appInfo } });

这样就能在前端展示出结果了,而且是真实的数据请求。

4.2 历史记录的存储

历史记录这块,我们周边的同学在试用的过程中,还是非常迫切需要的需求。要不然每次要测试之前的接口地址时,都需要重新输入或者粘贴,非常不方便。

我们把用户请求的 URL、返回的结果、cookie、设备信息等比较完整的信息存储到 boss 中,而本地只存储历史的 URL,当用户需要再次测试之前的接口时,点击一下即可。若需要查看之前调试的接口,可以去鹰眼上进行查看。

调试接口-蚊子的博客-蚊子的前端博客

本地采用的是localStorage的方式进行存储。还有更重要的是,我们也使用mobx的响应式工具,能够在用户完成这次请求后,马上在侧边的历史记录里看到结果。

5. 新闻客户端内 jsapi 的调试

除了可以调试接口外,还可以进行一些新闻客户端内的 jsapi 调试。我们新闻客户端的 jsapi 有两种调用的方式:

COPYJAVASCRIPT

// 直接调用 window.TencentNews.login("qqorweixin", isLogined => console.log(isLogined)); // invoke方式调用 window.TencentNews.invoke("login", "qqorweixin", isLogined => console.log(isLogined));

这里我选择了使用invoke的方式来调用 jsapi。

PC 端发起 jsapi 的调用:

COPYJAVASCRIPT

ws.send({ type: "call", msg: { method: method, params: slice.call(arguments) } });

移动端在收到服务端发过来的请求后,进行 jsapi 的调用,并将执行的结果返回到 PC 端即可:

websocket的客户端调试-蚊子的博客-蚊子的前端博客

COPYJAVASCRIPT

const handleNewsApi = async (msg: any): Promise<any> => { await tencentReady(); const { method, params } = msg; return new Promise(resolve => { window.TencentNews.invoke(method, ...params, (result: any) => { resolve({ method, result }); }); }); };

6. 总结

到这里,我的“基于 websocket 的多端桥接平台”基本上已经构建完毕了。不过还是有 2 个问题要简要的说明下。

6.1 为什么要手动输入 serverId

最开始想着用户创建房间时,由系统随机产生一个 uuid,但后来想,如果用户刷新页面了,这个 uuid 就会发生变化,导致无法连接到之前的 uuid,所以这里就换成了手动输入。

6.2 如何保证一个客户端的 socket 请求都进入到同一个进程中

当我们后台采用多个进程时,若用户的请求我们不做干预,会造成请求的随机访问,产生 400 的请求,毕竟最开始连接在 A 进程中,现在发起的请求到 B 进程中,B 进程不知道怎么处理了。

这里有多种方式可以进行处理:

方法介绍优点缺点
一致性 hash 算法所有的主机和连接都分配到 0 ~ 2^32-1 的虚拟圆中1. 适用在大规模的应用;
2. 某个主机或者进程挂掉后,影响小
实现比较复杂
nginx 分配自带的 ip_hash 可实现负载均衡;
同一 ip 会被分配给固定的后端服务器
配置方便可能会集中到某个进程中

我这里的平台是内部的调试平台,用户量不大,杀鸡焉用牛刀,而且我们只有一台机器,因此我们考虑的是同一个 IP 进入到同一个进程中。这里我借用里 nginx 中的 ip_hash 思想:当请求来到主进程后,我这里对 IP 进行加权计算后,然后按照进程的个数进行取模。

显然这种方式也有可能存在一个进程中 socket 连接过多的问题,不过在用户量不多的时候完全可以接受(针对这个问题我也考虑了别的方法,例如瀑布流的方式,每次给子进程分配连接的时候,都首先获取到连接数最少的那个进程,然后连接分配给这个进程,不过还要维护一个表,每次都要计算)。

6.4 多进程之间的通信

同一个房间里,当 PC 端的 socket 连接和多个移动端的连接不在同一个进程中时,就会存在跨进程的问题。一个极端的例子,每个 socket 连接都在不同的进程中,那么就要考虑如何通知其他的进程,需要给客户端发送请求了。

比较简单的方式利用我们的机制,每个 PC 端的用户就是房主,可以创建一个房间,移动设备就是房间中的成员,每个房间都是独立的,互不干扰。这样我们把房间里所有的 socket 连接,通过房间的标识,都放到同一个进程中,这样就没有跨进程的问题了。但这种方式存在的一个问题是:一个房间里的连接过多时,都需要这同一个进程来承担,而别的进程却闲着的。

还有可以使用 redis:利用 redis 的发布/订阅者模式,将当前进程中的房间标识和信息广播到其他的进程中,其他进程中有相同房间标识的 socket 连接,进行相应的操作。

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