【计算机网络 13】使用C#实现websocket服务端与客户端通信

素颜马尾好姑娘i 2021-08-29 13:07 1916阅读 0赞

## 一、websocket简介 ##

websocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议。

websocket使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单，允许服务端主动向客户端推送数据。在WebSocket API中，浏览器和服务器只需要完成一次握手，两者之间就直接可以创建持久性的连接，并进行双向数据传输。

## 二、背景 ##

很多网站为了实现推送技术，所用的技术都是轮询。

轮询是在特定的时间间隔，由浏览器对客户端发出HTTP请求，然后由服务器返回最新的数据给客户端的浏览器。这种传统的模式带来很明显的缺点，即浏览器需要不断的向服务器发出请求，然后HTTP请求可能包含较长的头部，其中真正有效的数据可能只是很小的一部分，显然这样会浪费很多的宽带等资源。

在这种情况下，HTML5定义了websocket协议，能更好的节省服务器资源和宽带，而且能够更实时地进行通讯。

## 三、优点 ##

1、控制开销

创建连接后，服务器和客户端之间交换数据时，用于协议控制的数据包头部相对较小。

2、实时性更强

由于协议是全双工的，所以服务器可以随时主动给客户端下发数据。相对于HTTP请求需要等待客户端发起请求服务端才能响应，延迟明显更少。

3、保持连接状态

与HTTP不同的是，Websocket需要先创建连接，这就使得其成为一种有状态的协议，之后通信时可以省略部分状态信息。而HTTP请求可能需要在每个请求都携带状态信息（如身份认证等）。

4、更好的二进制支持

5、支持扩展和更好的实现压缩效果

## 四、原理 ##

websocket同HTTP一样也是应用层的协议，但是它是一种双向通信协议，建立在TCP之上的。

连接过程（握手过程）

1、客户端、服务器建立TCP连接，三次握手。

这是通信的基础，传输控制层，若失败后续都不执行。

2、TCP连接成功后，客户端通过HTTP协议向服务器传送websocket支持的版本号信息。（开始前的HTTP握手）

3、服务器收到客户端的握手请求后，同样采用HTTP协议回馈数据。

4、当收到了连接成功的消息后，通过TCP通道进行传输通信。

## 五、websocket和socket的关系 ##

socket其实并不是一个协议，而是为了方便使用TCP和UDP而抽象出来的一层，是位于应用层和传输控制层之间的一组接口。

socket是应用层与TCP/IP协议通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议隐藏在socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让socket去组织数据，以符合指定的协议。

两台主机通信，必须通过socket连接，socket则利用TCP/IP协议建立TCP连接。TCP连接则更依靠于底层的IP协议，IP协议的连接则依赖于链路层等更低层次。

websocket则是一个典型的应用层协议。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2d1b3J1aV9qYXZh_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

## 六、使用C\#实现websocket服务端与客户端通信 ##

### （一） SuperWebSocket实现服务端 ###

1、创建窗口程序，WindowsFormsWebsocketServer

2、添加程序包

工具 -->Nuget包管理 -->管理解决方案的Nuget程序包 -->搜索 SuperWebSocket ，选择SuperWebSocketNETServer，点击右侧 安装，等待安装完成，安装完成以后，项目会多出很多引用库，如下

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2d1b3J1aV9qYXZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

3、代码实例

using SuperWebSocket;
    using System;
    using System.Windows.Forms;
    
    namespace WindowsFormsWebsocketServer
    {
        public partial class Form1 : Form
        {
            public Form1()
            {
                InitializeComponent();
                websocketServer();
            }
    
            private void websocketServer()
            {
                Log("我是服务端");
                WebSocketServer webSocketServer = new WebSocketServer();
                webSocketServer.NewSessionConnected += WebSocketServer_NewSessionConnected;
                webSocketServer.NewMessageReceived += WebSocketServer_NewMessageReceived;
                webSocketServer.SessionClosed += WebSocketServer_SessionClosed;
                if (!webSocketServer.Setup("127.0.0.1", 1234))
                {
                    Log("设置服务监听失败！");
                }
                if (!webSocketServer.Start())
                {
                    Log("启动服务监听失败！");
                }
                Log("启动服务监听成功！");
                //webSocketServer.Dispose();
            }
    
            private void WebSocketServer_NewSessionConnected(WebSocketSession session)
            {
                Log("欢迎客户端： 加入");
                //SendToAll(session, msg);
            }
    
            private void WebSocketServer_NewMessageReceived(WebSocketSession session, string value)
            {
                Log("服务端收到客户端的数据 ==》"+value);
                //SendToAll(session, value);
            }
    
            private void WebSocketServer_SessionClosed(WebSocketSession session, SuperSocket.SocketBase.CloseReason value)
            {
                Log("客户端：关闭，原因：");
                //SendToAll(session, msg);
            }
    
            /// <summary>
            /// 广播，同步推送消息给所有的客户端
            /// </summary>
            /// <param name="webSocketSession"></param>
            /// <param name="msg"></param>
            public static void SendToAll(WebSocketSession webSocketSession, string msg)
            {
                foreach (var item in webSocketSession.AppServer.GetAllSessions())
                {
                    item.Send(msg);
                }
            }
    
            private delegate void DoLog(string msg);
            public void Log(string msg)
            {
                if (this.logReveal.InvokeRequired)
                {
                    DoLog doLog = new DoLog(Log);
                    this.logReveal.Invoke(doLog, new object[] { msg });
                }
                else
                {
                    if (this.logReveal.Items.Count > 20)
                    {
                        this.logReveal.Items.RemoveAt(0);
                    }
                    msg = DateTime.Now.ToLocalTime().ToString() + " " + msg;
                    this.logReveal.Items.Add(msg);
                }
            }
        }
    }

### （二）WebSocket4Net实现客户端 ###

1、创建窗口程序，WindowsFormsWebsocketClient

2、添加程序包

工具 -->Nuget包管理 -->管理解决方案的Nuget程序包 -->搜索 WebSocket4Net ，选择WebSocket4Net，点击右侧 安装，等待安装完成，安装完成以后，项目会多出很多引用库，如下

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2d1b3J1aV9qYXZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

3、代码实例

using System;
    using WebSocket4Net;
    using System.Threading;
    using System.Windows.Forms;
    
    namespace WindowsFormsWebsocketClient
    {
        public partial class Form1 : Form
        {
            public Form1()
            {
                InitializeComponent();
                websocketServerTest();
            }
    
            public static WebSocket webSocket4Net = null;
            public void websocketServerTest()
            {
                FileUtil.getInstance().Log("我是客户端");
                webSocket4Net = new WebSocket("ws://127.0.0.1:1234");
                webSocket4Net.Opened += WebSocket4Net_Opened;
                webSocket4Net.Error += websocket_Error;
                webSocket4Net.Closed += new EventHandler(websocket_Closed);
                webSocket4Net.MessageReceived += WebSocket4Net_MessageReceived;
                webSocket4Net.Open();
                Thread thread = new Thread(ClientSendMsgToServer);
                thread.IsBackground = true;
                thread.Start();
                //webSocket4Net.Dispose();
            }
    
            private void saveBtn_Click(object sender, EventArgs e)
            {
                websocketServerTest();
            }
    
            public void ClientSendMsgToServer()
            {
                int i = 1;
                while (true)
                {
                    webSocket4Net.Send("love girl" + i++);
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(5));
                }
            }
    
            private void WebSocket4Net_MessageReceived(object sender, MessageReceivedEventArgs e)
            {
                FileUtil.getInstance().Log("服务端回复的数据:" + e.Message);
            }
    
            private void WebSocket4Net_Opened(object sender, EventArgs e)
            {
                FileUtil.getInstance().Log("客户端连接成功！发送数据中...");
                webSocket4Net.Send("来自客户端，准备发送数据！");
            }
    
            private void websocket_Error(object sender, EventArgs e)
            {
                FileUtil.getInstance().Log("WebSocket错误");
                Thread.Sleep(5000);
                if (webSocket4Net.State!= WebSocketState.Open&&webSocket4Net.State!=WebSocketState.Connecting)
                {
                    websocketServerTest();
                }
            }
    
            private void websocket_Closed(object sender, EventArgs e)
            {
                FileUtil.getInstance().Log("WebSocket已关闭");
                Thread.Sleep(5000);
                if (webSocket4Net.State != WebSocketState.Open && webSocket4Net.State != WebSocketState.Connecting)
                {
                    websocketServerTest();
                }
            }
        }
    }

### （三）客户端向服务端发送消息 ###

客户端：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2d1b3J1aV9qYXZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

服务端：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2d1b3J1aV9qYXZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

往期精彩内容：

[Java知识体系总结（2021版）][Java_2021]

[Java多线程基础知识总结（绝对经典）][Java]

[超详细的springBoot学习笔记][springBoot]

[常见数据结构与算法整理总结][Link 1]

[Java设计模式：23种设计模式全面解析（超级详细）][Java_23]

[Java面试题总结（附答案）][Java 1]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2d1b3J1aV9qYXZh_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20210813/5573141161df41e09bcdc7d6e900c545.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2d1b3J1aV9qYXZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20210813/765a082545204cdab0316480e32623d0.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2d1b3J1aV9qYXZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20210813/899adfc0b6394f92b1c61504ca1e5f08.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2d1b3J1aV9qYXZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20210813/4c33fc79f46f4f459d8d44641d504a93.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2d1b3J1aV9qYXZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20210813/69e8e3ac256245eabde7d7fa9f2fd8fe.png
[Java_2021]: https://blog.csdn.net/guorui_java/article/details/112391105
[Java]: https://blog.csdn.net/guorui_java/article/details/107599455
[springBoot]: https://blog.csdn.net/guorui_java/article/details/104137262
[Link 1]: https://blog.csdn.net/guorui_java/article/details/106217472
[Java_23]: https://blog.csdn.net/guorui_java/article/details/104026988
[Java 1]: https://blog.csdn.net/guorui_java/article/details/107803283