Веб-сокеты

Веб-программирование --- HTML5 --- Веб-сокеты

Серверные события, рассмотренные ранее, являются идеальным инструментом, когда требуется получить последовательность сообщений с веб-сервера. Но при этом связь получается полностью односторонней. Браузер не может отвечать на сообщения или вступать в более сложный диалог с сервером.

Если вы создаете веб-приложение, в котором требуется серьезное двустороннее взаимодействие браузера с веб-сервером, лучшим подходом к его реализации (не прибегая к помощи Flash) будет, возможно, использование объекта XMLHttpRequest. В зависимости от типа создаваемого приложения этот подход может работать так, как требуется. Но здесь существует и достаточное количество возможных проблем.

Прежде всего, объект XMLHttpRequest не очень хорошо подходит для быстрого обмена множественными сообщениями (например, в чате). Потом, в нем нет возможности связать один вызов с другим, поэтому при каждом новом запросе от веб-страницы сервер должен вычислять с самого начала, кому эта страница принадлежит. Поэтому уровень сложности кода для обработки ряда связанных запросов от веб-страницы может очень быстро вырасти до практически нереализуемой.

Для всех этих проблем есть решение, хотя оно еще не вполне готово. Этим решением является технология веб-сокетов (web sockets), которая позволяет браузеру удерживать открытое подключение к серверу и обмениваться сообщениями в течение любого требуемого времени.

Технология веб-сокетов вызвала большое возбуждение в среде веб-разработчиков, но она еще находится в процессе развития, хотя уже имеет неплохую браузерную совместимость:

Поддержка браузерами веб-сокетов
Браузер	IE	Firefox	Chrome	Safari	Opera	Safari iOS	Android
Минимальная версия	10	6	14	6	12.1	6	-

На данный момент лучше всего тестировать страницы, использующие веб-сокеты, в браузере Chrome, который предоставляет наиболее последовательную поддержку для них.

Получение доступа к веб-сокетам

Веб-сокеты являются специализированным инструментом. Они актуальны для таких приложений, как чат, массивные многопользовательские игры или инструмент для пирингового взаимодействия. Веб-сокеты позволяют создавать новые типы приложений, но применять их в большинстве современных веб-приложений, движимых JavaScript, скорее всего, не имеет смысла.

Решения на основе веб-сокетов могут быть чрезвычайно сложны. Разработать JavaScript-код для одной страницы будет достаточно простой задачей. Но для создания серверного приложения вам потребуются бешеные знания и навыки программирования, включая понимание концептов многопоточности и сетевого взаимодействия.

Для использования веб-сокетов на веб-сервере вашего сайта должна исполняться специальная программа, которая будет, как ожидается, называться сервером веб-сокетов. На эту программу возлагается ответственность за координирование взаимодействия всех участников, и после запуска она работает безостановочно.

Многие хостинговые компании не допускают долго работающих программ, если только вы не оплатите выделенный веб-сервер, т.е. сервер, обслуживающий лишь ваш сайт. Если у вас обычный общий хостинг, вы, скорее всего, не сможете размещать на нем страницы, в которых используются веб-сокеты. Даже если вы умудритесь запустить сервер веб-сокетов и удерживать его в рабочем состоянии, владелец вашего хостинга, скорее всего, выявит и выключит его.

Чтобы дать вам представление о масштабе сервера веб-сокетов, рассмотрите некоторые из задач, которые сервер сокетов должен выполнять:

составить "словарь" сообщений, иными словами, решить, какие типы сообщений являются допустимыми, а какие нет;
содержать список всех текущих подключенных клиентов;
выявлять ошибки при отправке сообщений клиентам и прекратить попытки связаться с ними, если кажется, что их больше не существует;
обрабатывать все данные в оперативной памяти, т.е. данные, доступ к которым может потребоваться всем клиентам, и делать это надежно и безопасно. Здесь имеется обилие возможных неявных проблем, например, когда один клиент пытается присоединиться к обмену, в то время как другой отключается, а информация об обоих хранится в одном и том же объекте в памяти.

Разработчики, скорее всего, никогда не будут сами создавать серверную программу, использующую веб-сокеты, т.к. это просто-напросто не стоит требуемых для этого значительных усилий. Самым легким подходом в этой области будет установить чей-то другой сервер веб-сокетов и разрабатывать свои веб-страницы под него. Так как использование части JavaScript стандарта веб-сокетов не несет трудностей, это не должно доставлять каких-либо проблем.

Другим подходом будет взять чей-либо код сервера веб-сокетов и подогнать его под свои требования. В настоящее время существует великое множество проектов (многие из которых бесплатные и с открытым кодом), в которых разрабатываются серверы веб-сокетов для решения различных задач, на разных языках серверного программирования.

Простой клиент веб-сокетов

С точки зрения веб-страницы функциональность веб-сокетов легко понять и использовать. Первый шаг — это создать объект WebSocket и передать ему URL. Код для этого подобен следующему:

var socket = new WebSocket("ws://localhost/socketServer.php");

Строка URL начинается с текста ws://, который идентифицирует подключение типа веб-сокет. Этот URL указывает файл веб-приложения на сервере (в данном случае это сценарий socketServer.php).

Стандарт веб-сокетов также поддерживает URL, которые начинаются с текста wss://, что указывает на требование использовать безопасное, зашифрованное подключение (точно так же, как и при запросе веб-страницы указывается URL, начинающийся с https:// вместо http://).

Веб-сокеты могут подключаться не только к своему веб-серверу. Веб-страница может открыть подключение к серверу веб-сокетов, исполняющемуся на другом веб-сервере, не требуя для этого никаких дополнительных усилий.

Само обстоятельство создания объекта WebSocket понуждает страницу пытаться подключиться к серверу. Дальше надо использовать одно из четырех событий объекта WebSocket: onOpen (при установлении подключения), onError (когда возникает ошибка), onClose (при закрытии подключения) и onMessage (когда страница получает сообщение от сервера):

socket.onopen = connectionOpen; 
socket.onmessage = messageReceived; 
socket.onerror = errorOccurred; 
socket.onopen = connectionClosed;

Например, в случае успешного подключения неплохо бы отправить соответствующее подтверждающее сообщение. Такое сообщение доставляется с помощью метода send() объекта WebSocket, которому в качестве параметра передается обычный текст. Далее приведена функция, которая обрабатывает событие onopen и отправляет сообщение:

function connectionOpen() {
   socket.send("UserName:alexerohinzzz@gmail.com");
}

Предположительно, веб-сервер получит это сообщение и даст на него ответ.

События onError и onClose можно использовать для отправки извещений посетителю веб-страницы. Но безоговорочно самым важным является событие onMessage, которое срабатывает при получении новых данных от сервера. Опять же, код JavaScript для обработки этого события не представляет никаких сложностей — мы просто извлекаем текст сообщения из свойства data:

function messageReceived(e) {
    messageLog.innerHTML += "<br>" + "Ответ сервера: " + e.data;
}

Если веб-страница решит, что вся ее работа выполнена, она может закрыть подключение, используя метод disconnect():

socket.disconnect();

Из этого обзора веб-сокетов можно видеть, что использование сервера веб-сокетов стороннего разработчика не представляет никаких трудностей — нам нужно лишь знать, какие сообщения отправлять, а какие — ожидать.

Чтобы заставить подключение веб-сокетов работать, выполняется большой объем работы за кулисами. Прежде всего, веб-страница устанавливает связь по обычному стандарту HTTP. Потом это подключение нужно повысить до подключения веб-сокетов, позволяющего свободную двустороннюю связь. На этом этапе возможны проблемы, если между компьютером клиента и веб-сервером находится прокси-сервер (как, например, в типичной корпоративной сети). Прокси-сервер может отказаться сотрудничать и разорвет подключение. Эту проблему можно решить, обнаруживая неудачное подключение (посредством события onError объекта WebSocket) и применяя один из заполнителей (polyfills) для сокетов, описанных на веб-сайте GitHub. Эти заполнители применяют метод опроса, чтобы эмулировать подключение веб-сокетов.

Примеры веб-сокетов в сети

Если вы заинтересованы опробовать веб-сокеты, в сети есть много сайтов, на которых можно запустить свою разработку.

Для начала попробуйте сайт websocket.org, который предоставляет простейший сервер веб-сокетов: веб-страница отправляет ему сообщение, а он возвращает это же сообщение веб-странице:

Хотя этот сервер веб-сокетов и не представляет ничего особенного, на нем вы можете испробовать все возможности объекта WebSocket. Более того, к этому серверу можно подключиться со страницы, расположенной как на промышленном веб-сервере, так и на тестовом веб-сервере на вашем компьютере, или даже со страницы, просто запускаемой с жесткого диска:

var socket = new WebSocket("ws://echo.websocket.org");
   
socket.onopen = connectionOpen; 
socket.onmessage = messageReceived;

function connectionOpen() {
   socket.send("UserName:alexerohinzzz@gmail.com");
}

function messageReceived(e) {
	var messageLog = document.getElementById("messageLog");
    messageLog.innerHTML += "<br>" + "Ответ сервера: " + e.data;
}

Существуют и серверы веб-сокетов, предоставляющие другие возможности, включая следующие:

Простой чат. Чат, в котором все разговаривают со всеми. Отправляемые сообщения получают все участники чата.
Многопользовательский альбом. Эта страница объединяет веб-сокеты с HTML5 Canvas. То, что вы рисуете на своем холсте, отображается на холсте других участников, и наоборот. Простой концепт, но очень впечатляющий на практике.

Серверы веб-сокетов

Чтобы иметь возможность испытать свой проект по веб-сокетам, вам нужен сервер веб-сокетов, с которым ваша страница могла бы общаться. Тестовый сервер можно найти во многих местах. Ниже даются ссылки на серверы веб-сокетов для определенных серверных языков:

PHP: Этот простой и слегка сыроватый проект будет хорошей отправной точкой для создания сервера веб-сокетов на PHP.
Ruby: Существует несколько образцов сервера веб-сокетов на Ruby, но этот, применяющий модель "Event—Machine", пользуется особенной популярностью.
Python: Сервер веб-сокетов в виде модуля расширения для Apache на языке Python.
.NET: Назвать простым этот всеохватывающий проект нельзя. Но он содержит завершенный сервер веб-сокетов на языке C# на основе платформы .NET корпорации Microsoft.
Java: По своему масштабу этот проект похож на проект .NET, но чисто на языке Java.
node.JS: В зависимости от того, кого вы спросите, система node.JS для разработки веб-приложений на JavaScript — это либо одна из наиболее перспективных платформ, либо просто разросшийся тестовый инструмент.
Kaazing: В отличие от других пунктов этого списка, Kaazing не предоставляет кода для сервера веб-сокетов. Это развитый сервер веб-сокетов, который можно лицензировать для своего веб-сайта. Для разработчиков, которые предпочитают делать все своими руками, он не будет представлять интереса. Но удобно использовать его на менее амбициозных веб-сайтах, особенно принимая во внимание то обстоятельство, что он содержит встроенную поддержку резервных решений в своих клиентских библиотеках (которые сначала пытаются применить стандарт веб-сокетов HTML5, затем Flash, а потом опрос посредством сценариев на JavaScript).