Golang 搭建 WebSocket 应用（二） - 基本群聊 demo

上一篇文章中，我们已经了解了 gorilla/websocket 的一些基本概念和简单的用法。
接下来，我们通过一个再复杂一点的例子来了解它的实际用法。

功能

这个例子来自源码里面的 examples/chat，它包含了以下功能：

1. 用户访问群聊页面的时候，可以发送消息给所有其他在聊天室内的用户（也就是同样打开群聊页面的用户）
2. 所有的用户发送的消息，群聊中的所有用户都能收到（包括自己）

其基本效果如下：

为了更好地理解 gorilla/websocket 的使用方式，下文在讲解的时候会去掉一些出于健壮性考虑而写的代码。

基本架构

这个 demo 的基本组件如下图：

1. Client：也就是连接到了服务端的客户端，可以有多个
2. Hub：所有的客户端会保存到 Hub 中，同时所有的消息也会经过 Hub 来进行广播（也就是将消息发给所有连接到 Hub 的客户端）

工作原理

Hub

Hub 的源码如下：

type Hub struct {
    // 保存所有客户端
	clients map[*Client]bool
    // 需要广播的消息
	broadcast chan []byte
    // 等待连接的客户端
	register chan *Client
    // 等待断开的客户端
	unregister chan *Client
}

Hub 的核心方法如下：

func (h *Hub) run() {
	for {
		select {
		case client := <-h.register:
            // 从等待连接的客户端 chan 取一项，设置到 clients 中
			h.clients[client] = true
		case client := <-h.unregister:
            // 断开连接：
            // 1. 从 clients 移除
            // 2. 关闭发送消息的 chan
			if _, ok := h.clients[client]; ok {
				delete(h.clients, client)
				close(client.send)
			}
		case message := <-h.broadcast:
            // 发送广播消息给每一个客户端
			for client := range h.clients {
				select {
                    // 成功写入消息到客户端的 send 通道
				case client.send <- message:
				default:
                    // 发送失败则剔除这个客户端
					close(client.send)
					delete(h.clients, client)
				}
			}
		}
	}
}

这个例子中使用了 chan 来做同步，这可以提高 Hub 的并发处理速度，因为不需要等待 Hub 的 run 方法中其他 chan 的处理。

简单来说，Hub 做了如下操作：

1. 维护所有的客户端连接：客户端连接、断开连接等
2. 发送广播消息

Client

Client 的源码如下：

type Client struct {
    // Hub 单例
	hub *Hub
    // 底层的 websocket 连接
	conn *websocket.Conn
    // 等待发送给客户端的消息
	send chan []byte
}

它包含了如下字段：

1. Hub 单例（我们的 demo 中只有一个聊天室）
2. conn 底层的 WebSocket 连接
3. send 通道，这里保存了等待发送给这个客户端的数据

在 Client 中，是通过 readPump 这个方法来从客户端接收消息的：

func (c *Client) readPump() {
	defer func() {
        // 连接断开、出错等：
        // 会关闭连接，从 hub 移除这个连接
		c.hub.unregister <- c
		c.conn.Close()
	}()
	// ... 
	for {
        // 接收消息
		_, message, err := c.conn.ReadMessage()
		if err != nil {
			// ... 错误处理
			break
		}
        // 消息处理，最终放入 broadcast，准备发给所有其他在线的客户端
		message = bytes.TrimSpace(bytes.Replace(message, newline, space, -1))
		c.hub.broadcast <- message
	}
}

readPump 方法做的事情很简单，它就是接收消息，然后通过 Hub 的 broadcast 来发给所有在线的客户端。

而发送消息会稍微复杂一点，我们来看看 writePump 的源码：

func (c *Client) writePump() {
	defer func() {
        // 连接断开、出错：关闭 WebSocket 连接
		c.conn.Close()
	}()
	for {
		select {
		case message, ok := <-c.send:
            // 控制写超时时间
			c.conn.SetWriteDeadline(time.Now().Add(writeWait))
			if !ok {
				// 连接已经被 hub 关闭了
				c.conn.WriteMessage(websocket.CloseMessage, []byte{})
				return
			}

            // 获取用以发送消息的 Writer
			w, err := c.conn.NextWriter(websocket.TextMessage)
			if err != nil {
				return
			}
            // 发送消息
			w.Write(message)

			n := len(c.send)
			for i := 0; i < n; i++ {
				w.Write(newline)
                // 将接收到的信息发送出去
				w.Write(<-c.send)
			}

            // 调用 Close 的时候，消息会被发送出去
			if err := w.Close(); err != nil {
				return
			}
		}
	}
}

虽然比读操作复杂了一点，但是也还是很好理解，它做的东西也不多：

1. 获取用以发送消息的 Writer
2. 获取从 hub 中接收到的其他客户端的消息，发送给当前这个客户端

具体是如何工作起来的？

1. main 函数中创建 hub 实例
2. 通过下面这个 serveWs 来将建立 WebSocket 连接：

func serveWs(hub *Hub, w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    // 将 HTTP 连接转换为 WebSocket 连接
	conn, err := upgrader.Upgrade(w, r, nil)
	if err != nil {
		log.Println(err)
		return
	}
    // 客户端
	client := &Client{hub: hub, conn: conn, send: make(chan []byte, 256)}
    // 注册到 hub
	client.hub.register <- client

	// 发送数据到客户端的协程
	go client.writePump()
    // 从客户端接收数据的协程
	go client.readPump()
}

在 serveWs 中，我们在跟客户端建立起连接后，创建了两个协程，一个是从客户端接收数据的，另一个是发送消息到客户端的。

这个 demo 的作用

这个 demo 是一个比较简单的 demo，不过也包含了我们构建 WebSocket 应用的一些关键处理逻辑，比如：

• 使用 Hub 来维持一个低层次的连接信息
• Client 中区分读和写的协程
• 以及一些边界情况的处理：比如连接断开、超时等

在后续的文章中，我们会基于这些已有知识去构建一个更加完善的 WebSocket 应用，今天就到此为止了。