微信,QQ这类IM app怎么做——谈谈Websocket

前言

关于我和WebSocket的缘:我从大二在计算机网络课上听老师讲过之后,第一次使用就到了毕业之后的第一份工作。直到最近换了工作,到了一家是含有IM社交聊天功能的app的时候,我觉得我现在可以谈谈我对WebSocket/Socket的一些看法了。要想做IM聊天app,就不得不理解WebSocket和Socket的原理了,听我一一道来。

目录

  • 1.WebSocket使用场景
  • 2.WebSocket诞生由来
  • 3.谈谈WebSocket协议原理
  • 4.WebSocket 和 Socket的区别与联系
  • 5.iOS平台有哪些WebSocket和Socket的开源框架
  • 6.iOS平台如何实现WebSocket协议
一.WebSocket的使用场景

1.社交聊天
最著名的就是微信,QQ,这一类社交聊天的app。这一类聊天app的特点是低延迟,高即时。即时是这里面要求最高的,如果有一个紧急的事情,通过IM软件通知你,假设网络环境良好的情况下,这条message还无法立即送达到你的客户端上,紧急的事情都结束了,你才收到消息,那么这个软件肯定是失败的。
2.弹幕
说到这里,大家一定里面想到了A站和B站了。确实,他们的弹幕一直是一种特色。而且弹幕对于一个视频来说,很可能弹幕才是精华。发弹幕需要实时显示,也需要和聊天一样,需要即时。
3.多玩家游戏
4.协同编辑
现在很多开源项目都是分散在世界各地的开发者一起协同开发,此时就会用到版本控制系统,比如Git,SVN去合并冲突。但是如果有一份文档,支持多人实时在线协同编辑,那么此时就会用到比如WebSocket了,它可以保证各个编辑者都在编辑同一个文档,此时不需要用到Git,SVN这些版本控制,因为在协同编辑界面就会实时看到对方编辑了什么,谁在修改哪些段落和文字。
5.股票基金实时报价
金融界瞬息万变——几乎是每毫秒都在变化。如果采用的网络架构无法满足实时性,那么就会给客户带来巨大的损失。几毫秒钱股票开始大跌,几秒以后才刷新数据,一秒钟的时间内,很可能用户就已经损失巨大财产了。
6.体育实况更新
全世界的球迷,体育爱好者特别多,当然大家在关心自己喜欢的体育活动的时候,比赛实时的赛况是他们最最关心的事情。这类新闻中最好的体验就是利用Websocket达到实时的更新!
7.视频会议/聊天
视频会议并不能代替和真人相见,但是他能让分布在全球天涯海角的人聚在电脑前一起开会。既能节省大家聚在一起路上花费的时间,讨论聚会地点的纠结,还能随时随地,只要有网络就可以开会。
8.基于位置的应用
越来越多的开发者借用移动设备的GPS功能来实现他们基于位置的网络应用。如果你一直记录用户的位置(比如运行应用来记录运动轨迹),你可以收集到更加细致化的数据。
9.在线教育
在线教育近几年也发展迅速。优点很多,免去了场地的限制,能让名师的资源合理的分配给全国各地想要学习知识的同学手上,Websocket是个不错的选择,可以视频聊天、即时聊天以及其与别人合作一起在网上讨论问题…
10.智能家居
这也是我一毕业加入的一个伟大的物联网智能家居的公司。考虑到家里的智能设备的状态必须需要实时的展现在手机app客户端上,毫无疑问选择了Websocket。
11.总结
从上面我列举的这些场景来看,一个共同点就是,高实时性!

二.WebSocket诞生由来

1.最开始的轮询Polling阶段

这种方式下,是不适合获取实时信息的,客户端和服务器之间会一直进行连接,每隔一段时间就询问一次。客户端会轮询,有没有新消息。这种方式连接数会很多,一个接受,一个发送。而且每次发送请求都会有Http的Header,会很耗流量,也会消耗CPU的利用率。

2.改进版的长轮询Long polling阶段

长轮询是对轮询的改进版,客户端发送HTTP给服务器之后,有没有新消息,如果没有新消息,就一直等待。当有新消息的时候,才会返回给客户端。在某种程度上减小了网络带宽和CPU利用率等问题。但是这种方式还是有一种弊端:例如假设服务器端的数据更新速度很快,服务器在传送一个数据包给客户端后必须等待客户端的下一个Get请求到来,才能传递第二个更新的数据包给客户端,那么这样的话,客户端显示实时数据最快的时间为2×RTT(往返时间),而且如果在网络拥塞的情况下,这个时间用户是不能接受的,比如在股市的的报价上。另外,由于http数据包的头部数据量往往很大(通常有400多个字节),但是真正被服务器需要的数据却很少(有时只有10个字节左右),这样的数据包在网络上周期性的传输,难免对网络带宽是一种浪费。

3.WebSocket诞生

现在急需的需求是能支持客户端和服务器端的双向通信,而且协议的头部又没有HTTP的Header那么大,于是,Websocket就诞生了!

上图就是Websocket和Polling的区别,从图中可以看到Polling里面客户端发送了好多Request,而下图,只有一个Upgrade,非常简洁高效。至于消耗方面的比较就要看下图了

上图中,我们先看蓝色的柱状图,是Polling轮询消耗的流量,
Use case A: 1,000 clients polling every second: Network throughput is (871 x 1,000) = 871,000 bytes = 6,968,000 bits per second (6.6 Mbps)
Use case B: 10,000 clients polling every second: Network throughput is (871 x 10,000) = 8,710,000 bytes = 69,680,000 bits per second (66 Mbps)
Use case C: 100,000 clients polling every 1 second: Network throughput is (871 x 100,000) = 87,100,000 bytes = 696,800,000 bits per second (665 Mbps)
而Websocket的Frame是 just two bytes of overhead instead of 871,仅仅用2个字节就代替了轮询的871字节!
Use case A: 1,000 clients receive 1 message per second: Network throughput is (2 x 1,000) = 2,000 bytes = 16,000 bits per second (0.015 Mbps)
Use case B: 10,000 clients receive 1 message per second: Network throughput is (2 x 10,000) = 20,000 bytes = 160,000 bits per second (0.153 Mbps)
Use case C: 100,000 clients receive 1 message per second: Network throughput is (2 x 100,000) = 200,000 bytes = 1,600,000 bits per second (1.526 Mbps)

相同的每秒客户端轮询的次数,当次数高达10W/s的高频率次数的时候,Polling轮询需要消耗665Mbps,而Websocket仅仅只花费了1.526Mbps,将近435倍!!

三.谈谈WebSocket协议原理

Websocket是应用层第七层上的一个应用层协议,它必须依赖 HTTP 协议进行一次握手 ,握手成功后,数据就直接从 TCP 通道传输,与 HTTP 无关了。

Websocket的数据传输是frame形式传输的,比如会将一条消息分为几个frame,按照先后顺序传输出去。这样做会有几个好处:

1 大数据的传输可以分片传输,不用考虑到数据大小导致的长度标志位不足够的情况。
2 和http的chunk一样,可以边生成数据边传递消息,即提高传输效率。

四.WebSocket 和 Socket的区别与联系

首先,
Socket 其实并不是一个协议。它工作在 OSI 模型会话层(第5层),是为了方便大家直接使用更底层协议(一般是 TCPUDP )而存在的一个抽象层。Socket是对TCP/IP协议的封装,Socket本身并不是协议,而是一个调用接口(API)。

Socket通常也称作”套接字”,用于描述IP地址和端口,是一个通信链的句柄。网络上的两个程序通过一个双向的通讯连接实现数据的交换,这个双向链路的一端称为一个Socket,一个Socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定。应用程序通常通过”套接字”向网络发出请求或者应答网络请求。

Socket在通讯过程中,服务端监听某个端口是否有连接请求,客户端向服务端发送连接请求,服务端收到连接请求向客户端发出接收消息,这样一个连接就建立起来了。客户端和服务端也都可以相互发送消息与对方进行通讯,直到双方连接断开。

所以基于WebSocket和基于Socket都可以开发出IM社交聊天类的app

五.iOS平台有哪些WebSocket和Socket的开源框架

Socket开源框架有:CocoaAsyncSocketsocketio/socket.io-client-swift
WebSocket开源框架有:facebook/SocketRockettidwall/SwiftWebSocket

六.iOS平台如何实现WebSocket协议

Talk is cheap。Show me the code ——Linus Torvalds

我们今天来看看facebook/SocketRocket的实现方法
首先这是SRWebSocket定义的一些成员变量

下面这些是SRWebSocket的一些方法

对应5种状态的代理方法

didReceiveMessage方法是必须实现的,用来接收消息的。
下面4个did方法分别对应着Open,Fail,Close,ReceivePong不同状态的代理方法

方法就上面这些了,我们实际来看看代码怎么写

先是初始化Websocket连接,注意此处ws://或者wss://连接有且最多只能有一个,这个是Websocket协议规定的

发送消息

接收消息以及其他3个代理方法

最后

以上就是我想分享的一些关于Websocket的心得,文中如果有错误的地方,欢迎大家指点!一般没有微信QQ那么大用户量的app,用Websocket应该都可以完成IM社交聊天的任务。当用户达到亿级别,应该还有很多需要优化,优化性能各种的吧。

最后,微信和QQ的实现方法也许并不是只用Websocket和Socket这么简单,也许是他们自己开发的一套能支持这么大用户,大数据的,各方面也都优化都最优的方法。如果有开发和微信和QQ的大神看到这篇文章,可以留言说说看你们用什么方式实现的,也可以和我们一起分享,我们一起学习!我先谢谢大神们的指点了!

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关于作者:一缕殇流化隐半边冰霜

已退役ACMer,现役iOS工程师。博观而约取,厚积而薄发。 个人主页 · 我的文章 · 5 ·   

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