最近在把 Facebook Message 接入客服系統，由於與 Facebook Message 對接的收發消息都是通過調用 http 接口來實現的，如果想實現即時通訊，還需要在中間加一個 WebSocket 來轉發消息。如下圖：
其中用到了 WebSocket 協議和 IO多路復用相關的知識。在這里做一個學習記錄。
為什么需要 WebSocket 協議
- 因為 HTTP 協議有一個缺陷：通信只能先由客戶端發起，然后服務器再作出響應，並不能由服務器主動向客戶端推送消息。
- WebSocket 協議最大的特點是，服務器可以主動向客戶端推送信息，客戶端也可以主動向服務器發送信息。
WebSocket 與 socket 的之間關系
- WebSocket 是一個網絡通信協議，是屬於網絡七層模型中的應用層的協議，同樣屬於應用層的協議還有 HTTP 協議、FTP協議、SMTP協議等等。
- 而 socket 是操作系統提供的一套接口，利用這一套接口就可以編寫程序實現進程之間的通信、網絡通信等功能。
一個 WebSocket 連接是如何建立起來的
WebSocket 連接的初期是基於 HTTP 協議的，假如 WebSocket 的地址是這個：wss://www.xxx.com/websocket ，在連接 WebSocket 的初期瀏覽器首先會向這個地址發出一個 HTTP GET 請求，請求頭信息截圖如下：
紅色框標出的是比較重要的請求頭：
Connection: Upgrade告訴服務端這個連接需要升級。Upgrade: websocket告訴服務端需要升級到 WebSocket 協議。Sec-WebSocket-Key: d97OXZzuRlSJV/6SrX+uUA==是瀏覽器隨機生成的一個字符串。
服務端接收到這個 HTTP 請求，會作出響應，響應頭的截圖如下：
紅色框標出的是比較重要的響應頭：
HTTP/1.1 101 Switching Protocols告訴瀏覽器，服務端已經成功切換了協議。Sec-WebSocket-Accept: axMY+KY1i8F9y9zyUMPhrfuYtPw=這個是服務端拿到請求頭中的Sec-WebSocket-Key: d97OXZzuRlSJV/6SrX+uUA==，在d97OXZzuRlSJV/6SrX+uUA==后面拼接一個固定的字符串258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11，對拼接后的字符串做SHA1，得到16進制表示的字符串，將每兩位當作一個字節進行分隔，得到字節數組，再對這個字節數組做Base64，得到最后的結果，把最后的結果放到Sec-WebSocket-Accept響應頭里返回。
瀏覽器也會使用同樣的算法把請求頭中的 Sec-WebSocket-Key 算出一個結果，將這個結果與服務端返回的 Sec-WebSocket-Accept 做對比。就像對暗號一樣，兩邊的暗號相同，WebSocket 連接就會被建立起來。這個過程也叫做握手，握手成功后，就可以愉快的使用這個 WebSocket 連接來收發消息了。
操作系統提供的 socket 接口
WebSocket 的通信，其實是利用了操作系統給我們提供的一套 socket 編程接口。接下來，我把 Linux 系統中給我們提供的 socket 頭文件找出來，看看里面有哪些接口提供給我們使用，以及每個接口的作用是什么。找到 socket.h 頭文件在如下位置：
打開 socket.h 文件：
打開另一個目錄下的 socket.h 文件：
socket 編程的流程如下：
在 socket 服務端除了用到上面流程圖列出來的函數，還用到了 setsockopt() 函數，這個函數可以用來設置一些 socket 選項。比如：我在開發調試的過程中，改完代碼后需要殺掉運行中的 socket 進程，重新運行新編譯出來的 socket。這時候經常會運行失敗，原因是進程是立馬被殺掉了，但是原來被進程監聽的那個端口會進入 TIME_WAIT 狀態，而不會立即被釋放出來。解決方法有兩個：1、殺掉進程后等一會兒，端口被釋放了就能被再次使用了。2、在綁定端口之前，利用 setsockopt() 函數，給端口設置一個 SO_REUSEPORT 選項，這樣殺掉這個進程后立馬重新運行這個進程，也不會運行失敗。
IO 多路復用(IO Multiplexing)
在項目中還用到了IO 多路復用：
- 什么是 IO ？答：計算機的輸入和輸出(Input、Output)
- 什么是 IO 多路復用？答：網上看到一個例子比較有意思。假如一個班有 50 名學生，老師在黑板上布置了一道題目讓學生做，
如果老師按照學號先看 1 號學生做出來沒有，做出來了就檢查他，還沒做出來就在原地等他做出來，然后檢查他，檢查完 1 號學生才輪到 2 號學生......這個就是單進程/單線程。
如果老師能分身，一共分出 50 個分身，每個學生旁邊站一個老師......這就是多進程/多線程。
如果老師站在講台上，有哪位學生做完了就舉手，老師下去檢查他，檢查完老師又回到講台上，看有哪位同學舉手，然后去檢查他......這就是 IO 多路復用。
IO 多路復用有3 種：select、poll、epoll。在項目中用到的是 epoll。接下來，我把 Linux 系統中給我們提供的 epoll 頭文件找出來，看看里面有哪些接口提供給我們使用，以及每個接口的作用是什么。找到 epoll.h 頭文件在如下位置：
打開 epoll.h 文件：
epoll 的使用流程如下：
看到網上有文章說 redis 和 nginx 也有使用 epoll，為了驗證他講的是不是真的。我們找 redis 和 nginx 的源碼看一看：
果然 redis 和 nginx 的源碼里面都有使用 epoll。
WebSocket 編程，還有其他方案
Swoole 擴展：
- 需要 php-7.1 或更高版本
- 用法如下：
//創建WebSocket Server對象，監聽0.0.0.0:9502端口
$ws = new Swoole\WebSocket\Server('0.0.0.0', 9502);
//監聽WebSocket連接打開事件
$ws->on('open', function ($ws, $request) {
var_dump($request->fd, $request->server);
$ws->push($request->fd, "hello, welcome\n");
});
//監聽WebSocket消息事件
$ws->on('message', function ($ws, $frame) {
echo "Message: {$frame->data}\n";
$ws->push($frame->fd, "server: {$frame->data}");
});
//監聽WebSocket連接關閉事件
$ws->on('close', function ($ws, $fd) {
echo "client-{$fd} is closed\n";
});
$ws->start();
想了解更多，請參考 Swoole 官方文檔：https://wiki.swoole.com/#/
Workerman：
在學習 WebSocket 的過程中，還發現了一個純 PHP 實現的框架：Workerman
- 需要 PHP 5.3.3 或更高版本
- 用法如下：
<?php
use Workerman\Worker;
require_once __DIR__ . '/Workerman/Autoloader.php';
// 注意：這里與上個例子不同，使用的是websocket協議
$ws_worker = new Worker("websocket://0.0.0.0:2000");
// 啟動4個進程對外提供服務
$ws_worker->count = 4;
// 當收到客戶端發來的數據后返回hello $data給客戶端
$ws_worker->onMessage = function($connection, $data)
{
// 向客戶端發送hello $data
$connection->send('hello ' . $data);
};
// 運行worker
Worker::runAll();
想了解更多，請參考 Workerman 官方文檔：http://doc.workerman.net/