Socket.IO

Socket.IO 是一个基于 Node.js 的实时应用程序框架，在即时通讯、通知与消息推送，实时分析等场景中有较为广泛的应用。

WebSocket 的产生源于 Web 开发中日益增长的实时通信需求，对比基于 http 的轮询方式，它大大节省了网络带宽，同时也降低了服务器的性能消耗； socket.io 支持 websocket、polling 两种数据传输方式以兼容浏览器不支持 WebSocket 场景下的通信需求。

框架提供了 egg-socket.io 插件，增加了以下开发规约：

  • namespace: 通过配置的方式定义 namespace（命名空间）
  • middleware: 对每一次 socket 连接的建立/断开、每一次消息/数据传递进行预处理
  • controller: 响应 socket.io 的 event 事件
  • router: 统一了 socket.io 的 event 与 框架路由的处理配置方式

# 安装 egg-socket.io

# 安装

$ npm i egg-socket.io --save

开启插件：

// {app_root}/config/plugin.js
exports.io = {
  enable: true,
  package: 'egg-socket.io',
};

# 配置

// {app_root}/config/config.${env}.js
exports.io = {
  init: { }, // passed to engine.io
  namespace: {
    '/': {
      connectionMiddleware: [],
      packetMiddleware: [],
    },
    '/example': {
      connectionMiddleware: [],
      packetMiddleware: [],
    },
  },
};

命名空间为 / 与 /example, 不是 example

# uws

Egg Socket 内部默认使用 ws 引擎，uws 因为某些原因被废止。

如坚持需要使用，请按照以下配置即可：

// {app_root}/config/config.${env}.js
exports.io = {
  init: { wsEngine: 'uws' }, // default: ws
};

# redis

egg-socket.io 内置了 socket.io-redis，在 cluster 模式下，使用 redis 可以较为简单的实现 clients/rooms 等信息共享

// {app_root}/config/config.${env}.js
exports.io = {
  redis: {
    host: { redis server host },
    port: { redis server port },
    auth_pass: { redis server password },
    db: 0,
  },
};

开启 redis 后，程序在启动时会尝试连接到 redis 服务器 此处 redis 仅用于存储连接实例信息，参见 #server.adapter

注意： 如果项目中同时使用了 egg-redis， 请单独配置，不可共用。

# 部署

框架是以 Cluster 方式启动的，而 socket.io 协议实现需要 sticky 特性支持，否则在多进程模式下无法正常工作。

由于 socket.io 的设计，在多进程中服务器必须在 sticky 模式下工作，故需要给 startCluster 传递 sticky 参数。

修改 package.json 中 npm scripts 脚本：

{
  "scripts": {
    "dev": "egg-bin dev --sticky",
    "start": "egg-scripts start --sticky"
  }
}

Nginx 配置

location / {
  proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
  proxy_set_header Connection "upgrade";
  proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
  proxy_set_header Host $host;
  proxy_pass   http://127.0.0.1:7001;

  # http://nginx.org/en/docs/http/ngx_http_proxy_module.html#proxy_bind
  # proxy_bind       $remote_addr transparent;
}

# 使用 egg-socket.io

开启 egg-socket.io 的项目目录结构如下：

chat
├── app
│   ├── extend
│   │   └── helper.js
│   ├── io
│   │   ├── controller
│   │   │   └── default.js
│   │   └── middleware
│   │       ├── connection.js
│   │       └── packet.js
│   └── router.js
├── config
└── package.json

注意：对应的文件都在 app/io 目录下

# Middleware

中间件有如下两种场景：

  • Connection
  • Packet

其配置于各个命名空间下，根据上述两种场景分别发生作用。

注意：

如果我们启用了框架中间件，则会发现项目中有以下目录：

  • app/middleware：框架中间件
  • app/io/middleware：插件中间件

区别：

  • 框架中间件基于 http 模型设计，处理 http 请求。
  • 插件中间件基于 socket 模型设计，处理 socket.io 请求。

虽然框架通过插件尽量统一了它们的风格，但务必注意，它们的使用场景是不一样的。详情参见 issue：#1416

# Connection

在每一个客户端连接或者退出时发生作用，故而我们通常在这一步进行授权认证，对认证失败的客户端做出相应的处理

// {app_root}/app/io/middleware/connection.js
module.exports = app => {
  return async (ctx, next) => {
    ctx.socket.emit('res', 'connected!');
    await next();
    // execute when disconnect.
    console.log('disconnection!');
  };
};

踢出用户示例：

const tick = (id, msg) => {
  logger.debug('#tick', id, msg);
  socket.emit(id, msg);
  app.io.of('/').adapter.remoteDisconnect(id, true, err => {
    logger.error(err);
  });
};

同时，针对当前的连接也可以简单处理：

// {app_root}/app/io/middleware/connection.js
module.exports = app => {
  return async (ctx, next) => {
    if (true) {
      ctx.socket.disconnect();
      return;
    }
    await next();
    console.log('disconnection!');
  };
};

# Packet

作用于每一个数据包（每一条消息）；在生产环境中，通常用于对消息做预处理，又或者是对加密消息的解密等操作

// {app_root}/app/io/middleware/packet.js
module.exports = app => {
  return async (ctx, next) => {
    ctx.socket.emit('res', 'packet received!');
    console.log('packet:', ctx.packet);
    await next();
  };
};

# Controller

Controller 对客户端发送的 event 进行处理；由于其继承于 egg.Contoller, 拥有如下成员对象:

  • ctx
  • app
  • service
  • config
  • logger

详情参考 Controller 文档

// {app_root}/app/io/controller/default.js
'use strict';

const Controller = require('egg').Controller;

class DefaultController extends Controller {
  async ping() {
    const { ctx, app } = this;
    const message = ctx.args[0];
    await ctx.socket.emit('res', `Hi! I've got your message: ${message}`);
  }
}

module.exports = DefaultController;

// or async functions

exports.ping = async function() {
  const message = this.args[0];
  await this.socket.emit('res', `Hi! I've got your message: ${message}`);
};

# Router

路由负责将 socket 连接的不同 events 分发到对应的 controller，框架统一了其使用方式

// {app_root}/app/router.js

module.exports = app => {
  const { router, controller, io } = app;

  // default
  router.get('/', controller.home.index);

  // socket.io
  io.of('/').route('server', io.controller.home.server);
};

注意：

nsp 有如下的系统事件:

  • disconnecting doing the disconnect
  • disconnect connection has disconnected.
  • error Error occurred

# Namespace/Room

# Namespace (nsp)

namespace 通常意味分配到不同的接入点或者路径，如果客户端没有指定 nsp，则默认分配到 "/" 这个默认的命名空间。

在 socket.io 中我们通过 of 来划分命名空间；鉴于 nsp 通常是预定义且相对固定的存在，框架将其进行了封装，采用配置的方式来划分不同的命名空间。

// socket.io
var nsp = io.of('/my-namespace');
nsp.on('connection', function(socket){
  console.log('someone connected');
});
nsp.emit('hi', 'everyone!');

// egg
exports.io = {
  namespace: {
    '/': {
      connectionMiddleware: [],
      packetMiddleware: [],
    },
  },
};

# Room

room 存在于 nsp 中，通过 join/leave 方法来加入或者离开; 框架中使用方法相同；

const room = 'default_room';

module.exports = app => {
  return async (ctx, next) => {
    ctx.socket.join(room);
    ctx.app.io.of('/').to(room).emit('online', { msg: 'welcome', id: ctx.socket.id });
    await next();
    console.log('disconnection!');
  };
};

注意： 每一个 socket 连接都会拥有一个随机且不可预测的唯一 id Socket#id，并且会自动加入到以这个 id 命名的 room 中

# 实例

这里我们使用 egg-socket.io 来做一个支持 p2p 聊天的小例子

# client

UI 相关的内容不重复写了，通过 window.socket 调用即可

// browser
const log = console.log;

window.onload = function() {
  // init
  const socket = io('/', {

    // 实际使用中可以在这里传递参数
    query: {
      room: 'demo',
      userId: `client_${Math.random()}`,
    },

    transports: ['websocket']
  });

  socket.on('connect', () => {
    const id = socket.id;

    log('#connect,', id, socket);

    // 监听自身 id 以实现 p2p 通讯
    socket.on(id, msg => {
      log('#receive,', msg);
    });
  });

  // 接收在线用户信息
  socket.on('online', msg => {
    log('#online,', msg);
  });

  // 系统事件
  socket.on('disconnect', msg => {
    log('#disconnect', msg);
  });

  socket.on('disconnecting', () => {
    log('#disconnecting');
  });

  socket.on('error', () => {
    log('#error');
  });

  window.socket = socket;
};

# 微信小程序

微信小程序提供的 API 为 WebSocket ，而 socket.io 是 Websocket 的上层封装，故我们无法直接用小程序的 API 连接，可以使用类似 weapp.socket.io 的库来适配。

示例代码如下：

// 小程序端示例代码
const io = require('./yout_path/weapp.socket.io.js')

const socket = io('http://localhost:8000')

socket.on('connect', function () {
  console.log('connected')
});

socket.on('news', d => {
  console.log('received news: ', d)
})

socket.emit('news', {
  title: 'this is a news'
})

# server

以下是 demo 的部分代码并解释了各个方法的作用

# config

// {app_root}/config/config.${env}.js
exports.io = {
  namespace: {
    '/': {
      connectionMiddleware: [ 'auth' ],
      packetMiddleware: [ ], // 针对消息的处理暂时不实现
    },
  },

  // cluster 模式下，通过 redis 实现数据共享
  redis: {
    host: '127.0.0.1',
    port: 6379,
  },
};

// 可选
exports.redis = {
  client: {
    port: 6379,
    host: '127.0.0.1',
    password: '',
    db: 0,
  },
};

# helper

框架扩展用于封装数据格式

// {app_root}/app/extend/helper.js

module.exports = {
  parseMsg(action, payload = {}, metadata = {}) {
    const meta = Object.assign({}, {
      timestamp: Date.now(),
    }, metadata);

    return {
      meta,
      data: {
        action,
        payload,
      },
    };
  },
};

Format：

{
  data: {
    action: 'exchange',  // 'deny' || 'exchange' || 'broadcast'
    payload: {},
  },
  meta:{
    timestamp: 1512116201597,
    client: 'nNx88r1c5WuHf9XuAAAB',
    target: 'nNx88r1c5WuHf9XuAAAB'
  },
}

# middleware

egg-socket.io 中间件负责 socket 连接的处理

// {app_root}/app/io/middleware/auth.js

const PREFIX = 'room';

module.exports = () => {
  return async (ctx, next) => {
    const { app, socket, logger, helper } = ctx;
    const id = socket.id;
    const nsp = app.io.of('/');
    const query = socket.handshake.query;

    // 用户信息
    const { room, userId } = query;
    const rooms = [ room ];

    logger.debug('#user_info', id, room, userId);

    const tick = (id, msg) => {
      logger.debug('#tick', id, msg);

      // 踢出用户前发送消息
      socket.emit(id, helper.parseMsg('deny', msg));

      // 调用 adapter 方法踢出用户，客户端触发 disconnect 事件
      nsp.adapter.remoteDisconnect(id, true, err => {
        logger.error(err);
      });
    };

    // 检查房间是否存在，不存在则踢出用户
    // 备注：此处 app.redis 与插件无关，可用其他存储代替
    const hasRoom = await app.redis.get(`${PREFIX}:${room}`);

    logger.debug('#has_exist', hasRoom);

    if (!hasRoom) {
      tick(id, {
        type: 'deleted',
        message: 'deleted, room has been deleted.',
      });
      return;
    }

    // 用户加入
    logger.debug('#join', room);
    socket.join(room);

    // 在线列表
    nsp.adapter.clients(rooms, (err, clients) => {
      logger.debug('#online_join', clients);

      // 更新在线用户列表
      nsp.to(room).emit('online', {
        clients,
        action: 'join',
        target: 'participator',
        message: `User(${id}) joined.`,
      });
    });

    await next();

    // 用户离开
    logger.debug('#leave', room);

    // 在线列表
    nsp.adapter.clients(rooms, (err, clients) => {
      logger.debug('#online_leave', clients);

      // 获取 client 信息
      // const clientsDetail = {};
      // clients.forEach(client => {
      //   const _client = app.io.sockets.sockets[client];
      //   const _query = _client.handshake.query;
      //   clientsDetail[client] = _query;
      // });

      // 更新在线用户列表
      nsp.to(room).emit('online', {
        clients,
        action: 'leave',
        target: 'participator',
        message: `User(${id}) leaved.`,
      });
    });

  };
};

# controller

P2P 通信，通过 exchange 进行数据交换

// {app_root}/app/io/controller/nsp.js
const Controller = require('egg').Controller;

class NspController extends Controller {
  async exchange() {
    const { ctx, app } = this;
    const nsp = app.io.of('/');
    const message = ctx.args[0] || {};
    const socket = ctx.socket;
    const client = socket.id;

    try {
      const { target, payload } = message;
      if (!target) return;
      const msg = ctx.helper.parseMsg('exchange', payload, { client, target });
      nsp.emit(target, msg);
    } catch (error) {
      app.logger.error(error);
    }
  }
}

module.exports = NspController;

# router

// {app_root}/app/router.js
module.exports = app => {
  const { router, controller, io } = app;
  router.get('/', controller.home.index);

  // socket.io
  io.of('/').route('exchange', io.controller.nsp.exchange);
};

开两个 tab 页面，并调出控制台：

socket.emit('exchange', {
  target: 'Dkn3UXSu8_jHvKBmAAHW',
  payload: {
    msg : 'test',
  },
});

# 参考链接