细说websocket - php篇

摘要：发送加密返回本地校验看了我写的上一篇文章的同学应该是对上图有了比较全面的理解。前文中也提到了请求的格式如上，首先建立一个连接，监听端口的信息。数据帧解析代码本文没有给出这样数据帧解析代码，前文中给出了数据帧的格式，解析纯属体力活。

本文同步自我的博客园：http://hustskyking.cnblogs.com

下面我画了一个图演示 client 和 server 之间建立 websocket 连接时握手部分，这个部分在 node 中可以十分轻松的完成，因为 node 提供的 net 模块已经对 socket 套接字做了封装处理，开发者使用的时候只需要考虑数据的交互而不用处理连接的建立。而 php 没有，从 socket 的连接、建立、绑定、监听等，这些都需要我们自己去操作，所以有必要拿出来再说一说。

+--------+   ① 发送Sec-WebSocket-Key         +--------+
|        | --------------------------------> |        |
|        |   ② 加密返回Sec-WebSocket-Accept  |        |
| client | <-------------------------------- | server |
|        |   ③ 本地校验                      |        |
|        | --------------------------------> |        |
+--------+                                   +--------+

看了我写的上一篇文章的同学应该是对上图有了比较全面的理解。① 和 ② 实际上就是一个 HTTP 的请求和响应，只不过我们在处理的过程中我们拿到的是没有经过解析的字符串。如：

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Origin: http://example.com

我们往常看到的请求是这个样子，当这东西到了服务器端，我们可以通过一些代码库直接拿到这些信息。

WebSocket 连接是由客户端主动发起的，所以一切要从客户端出发。第一步是要解析拿到客户端发过来的 Sec-WebSocket-Key 字符串。

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13

前文中也提到了 client 请求的格式（如上），首先 php 建立一个 socket 连接，监听端口的信息。

关于 socket 套接字的建立，相信很多大学修过计算机网络的人都知道了，下面是一张连接建立的过程：

// 建立一个 socket 套接字
$master = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP);
socket_set_option($master, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, 1);
socket_bind($master, $address, $port);
socket_listen($master);

相比 node，这个地方的处理实在是太麻烦了，上面几行代码并未建立连接，只不过这些代码是建立一个 socket 套接字必须要写的东西。由于处理过程稍微有复杂，所以我把各种处理写进了一个类中，方便管理和调用。

//demo.php
Class WS {
    var $master;  // 连接 server 的 client
    var $sockets = array(); // 不同状态的 socket 管理
    var $handshake = false; // 判断是否握手

    function __construct($address, $port){
        // 建立一个 socket 套接字
        $this->master = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP)   
            or die("socket_create() failed");
        socket_set_option($this->master, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, 1)  
            or die("socket_option() failed");
        socket_bind($this->master, $address, $port)                    
            or die("socket_bind() failed");
        socket_listen($this->master, 2)                               
            or die("socket_listen() failed");

        $this->sockets[] = $this->master;

        // debug
        echo("Master socket  : ".$this->master."
");

        while(true) {
            //自动选择来消息的 socket 如果是握手 自动选择主机
            $write = NULL;
            $except = NULL;
            socket_select($this->sockets, $write, $except, NULL);

            foreach ($this->sockets as $socket) {
                //连接主机的 client 
                if ($socket == $this->master){
                    $client = socket_accept($this->master);
                    if ($client < 0) {
                        // debug
                        echo "socket_accept() failed";
                        continue;
                    } else {
                        //connect($client);
                        array_push($this->sockets, $client);
                        echo "connect client
";
                    }
                } else {
                    $bytes = @socket_recv($socket,$buffer,2048,0);
                    if($bytes == 0) return;
                    if (!$this->handshake) {
                        // 如果没有握手，先握手回应
                        //doHandShake($socket, $buffer);
                        echo "shakeHands
";
                    } else {
                        // 如果已经握手，直接接受数据，并处理
                        $buffer = decode($buffer);
                        //process($socket, $buffer); 
                        echo "send file
";
                    }
                }
            }
        }
    }
}

上面这段代码是经过我调试了的，没太大的问题，如果想测试的话，可以在 cmd 命令行中键入 php /path/to/demo.php;当然，上面只是一个类，如果要测试的话，还得新建一个实例。

$ws = new WS("localhost", 4000);

客户端代码可以稍微简单点：

var ws = new WebSocket("ws://localhost:4000");
ws.onopen = function(){
    console.log("握手成功");
};
ws.onerror = function(){
    console.log("error");
};

运行服务器代码，当客户端连接的时候，我们可以看到：

通过上面的代码可以清晰的看到整个交流的过程。首先是建立连接，node 中这一步已经封装到了 net 和 http 模块，然后判断是否握手，如果没有的话，就 shakeHands。这里的握手我直接就 echo 了一个单词，表示进行了这个东西，前文我们提到过握手算法，这里就直接写了。

function getKey($req) {
    $key = null;
    if (preg_match("/Sec-WebSocket-Key: (.*)
/", $req, $match)) { 
        $key = $match[1]; 
    }
    return $key;
}

这里比较简单，直接正则匹配，websocket 信息头一定包含 Sec-WebSocket-Key，所以我们匹配起来也比较快捷~

function encry($req){
    $key = $this->getKey($req);
    $mask = "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11";

    return base64_encode(sha1($key . "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11", true));
}

将 SHA-1 加密后的字符串再进行一次 base64 加密。如果加密算法错误，客户端在进行校检的时候会直接报错：

function dohandshake($socket, $req){
    // 获取加密key
    $acceptKey = $this->encry($req);
    $upgrade = "HTTP/1.1 101 Switching Protocols
" .
               "Upgrade: websocket
" .
               "Connection: Upgrade
" .
               "Sec-WebSocket-Accept: " . $acceptKey . "
" .
               "
";

    // 写入socket
    socket_write(socket,$upgrade.chr(0), strlen($upgrade.chr(0)));
    // 标记握手已经成功，下次接受数据采用数据帧格式
    $this->handshake = true;
}

这里千万要注意，每一个请求和相应的格式，最后有一个空行，也就是 ，开始测试的时候把这东西给弄丢了，纠结了半天。

当客户端成功校检key后，会触发 onopen 函数：

// 解析数据帧
function decode($buffer)  {
    $len = $masks = $data = $decoded = null;
    $len = ord($buffer[1]) & 127;

    if ($len === 126)  {
        $masks = substr($buffer, 4, 4);
        $data = substr($buffer, 8);
    } else if ($len === 127)  {
        $masks = substr($buffer, 10, 4);
        $data = substr($buffer, 14);
    } else  {
        $masks = substr($buffer, 2, 4);
        $data = substr($buffer, 6);
    }
    for ($index = 0; $index < strlen($data); $index++) {
        $decoded .= $data[$index] ^ $masks[$index % 4];
    }
    return $decoded;
}

这里涉及的编码问题在前文中已经提到过了，这里就不赘述，php 对字符处理的函数太多了，也记得不是特别清楚，这里就没有详细的介绍解码程序，直接把客户端发送的数据原样返回，可以算是一个聊天室的模式吧。

// 返回帧信息处理
function frame($s) {
    $a = str_split($s, 125);
    if (count($a) == 1) {
        return "x81" . chr(strlen($a[0])) . $a[0];
    }
    $ns = "";
    foreach ($a as $o) {
        $ns .= "x81" . chr(strlen($o)) . $o;
    }
    return $ns;
}

// 返回数据
function send($client, $msg){
    $msg = $this->frame($msg);
    socket_write($client, $msg, strlen($msg));
}

客户端代码：

var ws = new WebSocket("ws://localhost:4000");
ws.onopen = function(){
    console.log("握手成功");
};
ws.onmessage = function(e){
    console.log("message:" + e.data);
};
ws.onerror = function(){
    console.log("error");
};
ws.send("李靖");

在连通之后发送数据，服务器原样返回：

客户端在握手时的请求中有Sec-WebSocket-Version: 13，这样的版本标识，这个是一个升级版本，现在的浏览器都是使用的这个版本。而以前的版本在数据加密的部分更加麻烦，它会发送两个key：

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Key1: xxxx
Sec-WebSocket-Key2: xxxx

如果是这种版本（比较老，已经没在使用了），需要通过下面的方式获取

function encry($key1,$key2,$l8b){
    //Get the numbers
    preg_match_all("/([d]+)/", $key1, $key1_num);
    preg_match_all("/([d]+)/", $key2, $key2_num);
    $key1_num = implode($key1_num[0]);
    $key2_num = implode($key2_num[0]);
    //Count spaces
    preg_match_all("/([ ]+)/", $key1, $key1_spc);
    preg_match_all("/([ ]+)/", $key2, $key2_spc);
    if($key1_spc==0|$key2_spc==0){ $this->log("Invalid key");return; }
    //Some math
    $key1_sec = pack("N",$key1_num / $key1_spc);
    $key2_sec = pack("N",$key2_num / $key2_spc);
    return md5($key1_sec.$key2_sec.$l8b,1);
}

只能无限吐槽这种验证方式！相比 nodeJs 的 websocket 操作方式：

//服务器程序
var crypto = require("crypto");
var WS = "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11";
require("net").createServer(function(o){
    var key;
    o.on("data",function(e){
        if(!key){
            //握手
            key = e.toString().match(/Sec-WebSocket-Key: (.+)/)[1];
            key = crypto.createHash("sha1").update(key + WS).digest("base64");
            o.write("HTTP/1.1 101 Switching Protocols
");
            o.write("Upgrade: websocket
");
            o.write("Connection: Upgrade
");
            o.write("Sec-WebSocket-Accept: " + key + "
");
            o.write("
");
        }else{
            console.log(e);
        };
    });
}).listen(8000);

多么简洁，多么方便！有谁还愿意使用 php 呢。。。。

本文没有给出 decodeFrame 这样数据帧解析代码，前文中给出了数据帧的格式，解析纯属体力活。

对这部分感兴趣的同学，可以再去深究。提供了参考代码下载。

http://socketo.me Ratchet 为 php 封装的一个 WebSockets 库。
Google 上搜索 php+websoket+class，也能找到不少相关的资料。

http://www.php.net/manual/zh/ref.sockets.php php manual

http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc6455.txt RFC6455 WebSocket