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版本：3.0

创建WebSocket服务器

定义​

定义

命名空间：
TouchSocket.HttpTouchSocket.Http.WebSockets
程序集：
TouchSocket.Http.dllTouchSocket.Http.WebSockets.dll
安装：
dotnet add package TouchSocket.Http

一、说明​

WebSocket是基于Http协议的升级协议，所以应当挂载在http服务器执行。

二、可配置项​

继承HttpService

三、支持插件接口​

插件方法功能
IWebSocketHandshakingPlugin当收到握手请求之前，可以进行连接验证等
IWebSocketHandshakedPlugin当成功握手响应之后
IWebSocketReceivedPlugin当收到Websocket的数据报文
IWebSocketClosingPlugin当收到关闭请求时触发。如果对方直接断开连接，则此方法则不会触发。
IWebSocketClosedPlugin当WebSocket连接断开时触发，无论是否正常断开。但如果是断网等操作，可能不会立即执行，需要结合心跳操作和CheckClear插件来进行清理。

四、创建WebSocket服务​

4.1 简单直接创建​

可以使用WebSocket插件，直接指定一个特殊url路由，来完全接收WebSocket连接。

然后通过插件来接收数据。（例：下列接收数据）

var service = new HttpService();
await service.SetupAsync(new TouchSocketConfig()//加载配置
    .SetListenIPHosts(7789)
    .ConfigureContainer(a =>
    {
        a.AddConsoleLogger();
    })
    .ConfigurePlugins(a =>
    {
        a.UseWebSocket()//添加WebSocket功能
        .SetWSUrl("/ws")//设置url直接可以连接。
        .UseAutoPong();//当收到ping报文时自动回应pong
    }));

await service.StartAsync();

service.Logger.Info("服务器已启动");

4.2 验证连接​

可以对连接的Url、Query、Header等参数进行验证，然后决定是否执行WebSocket连接。

var service = new HttpService();
await service.SetupAsync(new TouchSocketConfig()//加载配置
    .SetListenIPHosts(7789)
    .ConfigureContainer(a =>
    {
        a.AddConsoleLogger();
    })
    .ConfigurePlugins(a =>
    {
        a.UseWebSocket()//添加WebSocket功能
               .SetVerifyConnection(VerifyConnection)
               .UseAutoPong();//当收到ping报文时自动回应pong
    }));

await service.StartAsync();

service.Logger.Info("服务器已启动");
/// <summary>
/// 验证websocket的连接
/// </summary>
/// <param name="client"></param>
/// <param name="context"></param>
/// <returns></returns>
private static bool VerifyConnection(IHttpSessionClient client, HttpContext context)
{
    if (!context.Request.IsUpgrade())//如果不包含升级协议的header，就直接返回false。
    {
        return false;
    }
    if (context.Request.UrlEquals("/ws"))//以此连接，则直接可以连接
    {
        return true;
    }
    else if (context.Request.UrlEquals("/wsquery"))//以此连接，则需要传入token才可以连接
    {
        if (context.Request.Query.Get("token") == "123456")
        {
            return true;
        }
        else
        {
            context.Response
                .SetStatus(403, "token不正确")
                .Answer();
        }
    }
    else if (context.Request.UrlEquals("/wsheader"))//以此连接，则需要从header传入token才可以连接
    {
        if (context.Request.Headers.Get("token") == "123456")
        {
            return true;
        }
        else
        {
            context.Response
                .SetStatus(403, "token不正确")
                .Answer();
        }
    }
    return false;
}

4.3 通过WebApi创建​

通过WebApi的方式会更加灵活，也能很方便的获得Http相关参数。还能实现多个Url的连接路由。

实现步骤：

  1. 配置WebApi相关，详情请看WebApi
  2. 在插件中接收WebSocket连接。
var service = new HttpService();
await service.SetupAsync(new TouchSocketConfig()//加载配置
    .SetListenIPHosts(7789)
    .ConfigureContainer(a =>
    {
        a.AddConsoleLogger();

        a.AddRpcStore(store =>
        {
            store.RegisterServer<MyApiServer>();//注册服务
        });
    })
    .ConfigurePlugins(a =>
    {
        a.UseWebApi();
    }));

await service.StartAsync();

service.Logger.Info("服务器已启动");

【接收连接】

public class MyApiServer : RpcServer
{
    private readonly ILog m_logger;

    public MyApiServer(ILog logger)
    {
        this.m_logger = logger;
    }

    [Router("/[api]/[action]")]
    [WebApi(Method = HttpMethodType.Get)]
    public async Task ConnectWS(IWebApiCallContext callContext)
    {
        if (callContext.Caller is HttpSessionClient sessionClient)
        {
            if (await sessionClient.SwitchProtocolToWebSocketAsync(callContext.HttpContext))
            {
                m_logger.Info("WS通过WebApi连接");
                var webSocket = sessionClient.WebSocket;
            }
        }
    }
}

或者接收到连接后，直接使用WebSocket接收。这样如果想直接在WebApi返回数据也比较方便。

public class MyApiServer : RpcServer
{
    private readonly ILog m_logger;

    public MyApiServer(ILog logger)
    {
        this.m_logger = logger;
    }

    [Router("/[api]/[action]")]
    [WebApi(Method = HttpMethodType.Get)]
    public async Task ConnectWS(IWebApiCallContext callContext)
    {
        if (callContext.Caller is HttpSessionClient sessionClient)
        {
            if (await sessionClient.SwitchProtocolToWebSocketAsync(callContext.HttpContext))
            {
                m_logger.Info("WS通过WebApi连接");
                var webSocket = sessionClient.WebSocket;

                webSocket.AllowAsyncRead = true;

                while (true)
                {
                    using (var tokenSource=new CancellationTokenSource(TimeSpan.FromSeconds(30)))
                    {
                        using (var receiveResult = await webSocket.ReadAsync(tokenSource.Token))
                        {
                            if (receiveResult.IsCompleted)
                            {
                                //webSocket已断开
                                return;
                            }

                            //webSocket数据帧
                            var dataFrame =  receiveResult.DataFrame;

                            //此处可以处理数据
                        } 
                    }
                    
                }
            }
        }
    }
}

4.4 通过Http上下文直接创建​

使用上下文直接创建的优点在于能更加个性化的实现WebSocket的连接。

class MyHttpPlugin : PluginBase, IHttpPlugin
{
    public async Task OnHttpRequest(IHttpSessionClient client, HttpContextEventArgs e)
    {
        if (e.Context.Request.UrlEquals("/GetSwitchToWebSocket"))
        {
            var result = await client.SwitchProtocolToWebSocketAsync(e.Context);
            return;
        }
        await e.InvokeNext();
    }
}

4.5 创建基于Ssl的WebSocket服务​

创建WSs服务器时，其他配置不变，只需要在config中配置SslOption代码即可，放置了一个自制Ssl证书，密码为“RRQMSocket”以供测试。使用配置非常方便。

var config = new TouchSocketConfig();
config.SetServiceSslOption(new ServiceSslOption() //Ssl配置，当为null的时候，相当于创建了ws服务器，当赋值的时候，相当于wss服务器。
      { 
          Certificate = new X509Certificate2("RRQMSocket.pfx", "RRQMSocket"), 
          SslProtocols = SslProtocols.Tls12 
      });

五、接收消息​

WebSocket服务器接收消息，目前有两种方式。第一种就是通过订阅IWebSocketReceivedPlugin插件完全异步的接收消息。第二种就是调用WebSocket，然后调用ReadAsync方法异步阻塞式读取。

5.1 简单接收消息​

【定义插件】

public class MyWebSocketPlugin : PluginBase, IWebSocketReceivedPlugin
{
    private readonly ILog m_logger;

    public MyWebSocketPlugin(ILog logger)
    {
        this.m_logger = logger;
    }
    public async Task OnWebSocketReceived(IWebSocket client, WSDataFrameEventArgs e)
    {
        switch (e.DataFrame.Opcode)
        {
            case WSDataType.Cont:
                m_logger.Info($"收到中间数据，长度为：{e.DataFrame.PayloadLength}");

                return;

            case WSDataType.Text:
                m_logger.Info(e.DataFrame.ToText());

                if (!client.Client.IsClient)
                {
                    client.SendAsync("我已收到");
                }
                return;

            case WSDataType.Binary:
                if (e.DataFrame.FIN)
                {
                    m_logger.Info($"收到二进制数据，长度为：{e.DataFrame.PayloadLength}");
                }
                else
                {
                    m_logger.Info($"收到未结束的二进制数据，长度为：{e.DataFrame.PayloadLength}");
                }
                return;

            case WSDataType.Close:
                {
                    m_logger.Info("远程请求断开");
                    client.Close("断开");
                }
                return;

            case WSDataType.Ping:
                break;

            case WSDataType.Pong:
                break;

            default:
                break;
        }

        await e.InvokeNext();
    }
}

【使用】

var service = new HttpService();
await service.SetupAsync(new TouchSocketConfig()//加载配置
    .SetListenIPHosts(7789)
    .ConfigureContainer(a =>
    {
        a.AddConsoleLogger();
    })
    .ConfigurePlugins(a =>
    {
        a.UseWebSocket()//添加WebSocket功能
               .SetWSUrl("/ws");
        a.Add<MyWebSocketPlugin>();//自定义插件。
    }));

await service.StartAsync();
提示

插件的所有函数，都是可能被并发执行的，所以应当做好线程安全。

5.2 WebSocket显式ReadAsync​

WebSocket显式ReadAsync数据，实际上是直接通过WebSocket直接循环读取数据。

一般的，如果WebSocket是常规连接，则可能需要使用IWebSocketHandshakedPlugin插件，在握手成功的后直接读取数据。

如果连接是通过WebApi、或者Http上下文创建的连接，则可以直接使用ReadAsync。

总之要能拿到WebSocket对象，则可以直接使用。

和简单接收消息相比，使用ReadAsync接收消息可以直接访问代码上下文资源，这可能在处理中继数据时是方便的。

class MyReadWebSocketPlugin : PluginBase, IWebSocketHandshakedPlugin
{
    private readonly ILog m_logger;

    public MyReadWebSocketPlugin(ILog logger)
    {
        this.m_logger = logger;
    }
    public async Task OnWebSocketHandshaked(IWebSocket client, HttpContextEventArgs e)
    {
        //当WebSocket想要使用ReadAsync时，需要设置此值为true
        client.AllowAsyncRead = true;

        //此处即表明websocket已连接
        while (true)
        {
            using (var receiveResult = await client.ReadAsync(CancellationToken.None))
            {

                if (receiveResult.DataFrame == null)
                {
                    break;
                }

                //判断是否为最后数据
                //例如发送方发送了一个10Mb的数据，接收时可能会多次接收，所以需要此属性判断。
                if (receiveResult.DataFrame.FIN)
                {
                    if (receiveResult.DataFrame.IsText)
                    {
                        m_logger.Info($"WebSocket文本：{receiveResult.DataFrame.ToText()}");
                    }
                }

            }
        }

        //此处即表明websocket已断开连接
        m_logger.Info("WebSocket断开连接");
        await e.InvokeNext();
    }
}

【使用】

private static HttpService CreateHttpService()
{
    var service = new HttpService();
    await service.SetupAsync(new TouchSocketConfig()//加载配置
        .SetListenIPHosts(7789)
        .ConfigureContainer(a =>
        {
            a.AddConsoleLogger();
        })
        .ConfigurePlugins(a =>
        {
            a.UseWebSocket()//添加WebSocket功能
              .SetWSUrl("/ws")//设置url直接可以连接。
              .UseAutoPong();//当收到ping报文时自动回应pong

            a.Add<MyReadWebSocketPlugin>();
        }));
    
    await service.StartAsync();

    service.Logger.Info("服务器已启动");
    service.Logger.Info("直接连接地址=>ws://127.0.0.1:7789/ws");
    return service;
}
信息

ReadAsync的方式是属于同步不阻塞的接收方式（和当下Aspnetcore模式一样）。他不会单独占用线程，只会阻塞当前Task。所以可以大量使用，不需要考虑性能问题。同时，ReadAsync的好处就是单线程访问上下文，这样在处理ws分包时是非常方便的。

注意

使用该方式，会阻塞IWebSocketHandshakedPlugin的插件传递。在收到WebSocket消息的时候，不会再触发插件。

5.3 接收中继数据​

WebSocket协议本身是支持超大数据包的，但是这些包不会一次性接收，而是分多次接收的，同时会通过Opcode来表明其为中继数据。

下面将演示接收文本数据。

【方法1】

使用ReadAsync，在OnWebSocketHandshaked组合消息。

internal class MyReadTextWebSocketPlugin : PluginBase, IWebSocketHandshakedPlugin
{
    private readonly ILog m_logger;

    public MyReadTextWebSocketPlugin(ILog logger)
    {
        this.m_logger = logger;
    }

    public async Task OnWebSocketHandshaked(IWebSocket client, HttpContextEventArgs e)
    {
        //当WebSocket想要使用ReadAsync时，需要设置此值为true
        client.AllowAsyncRead = true;

        //此处即表明websocket已连接

        MemoryStream stream = default;//中继包缓存
        var isText = false;//标识是否为文本
        while (true)
        {
            using (var receiveResult = await client.ReadAsync(CancellationToken.None))
            {
                if (receiveResult.IsCompleted)
                {
                    break;
                }

                var dataFrame = receiveResult.DataFrame;
                var data = receiveResult.DataFrame.PayloadData;

                switch (dataFrame.Opcode)
                {
                    case WSDataType.Cont:
                        {
                            //收到的是中继包
                            if (dataFrame.FIN)//判断是否为最终包
                            {
                                //是

                                if (isText)//判断是否为文本
                                {
                                    this.m_logger.Info($"WebSocket文本：{Encoding.UTF8.GetString(stream.ToArray())}");
                                }
                                else
                                {
                                    this.m_logger.Info($"WebSocket二进制：{stream.Length}长度");
                                }
                            }
                            else
                            {
                                //否，继续缓存

                                //如果是非net6.0即以上，即：NetFramework平台使用。原因是stream不支持span写入
                                //var segment = data.AsSegment();
                                //stream.Write(segment.Array, segment.Offset, segment.Count);

                                //如果是net6.0以上，直接写入span即可
                                stream.Write(data.Span);
                            }
                        }
                        break;
                    case WSDataType.Text:
                        {
                            if (dataFrame.FIN)//判断是不是最后的包
                            {
                                //是，则直接输出
                                //说明上次并没有中继数据缓存，直接输出本次内容即可
                                this.m_logger.Info($"WebSocket文本：{dataFrame.ToText()}");
                            }
                            else
                            {
                                isText = true;

                                //否，则说明数据太大了，分中继包了。
                                //则，初始化缓存容器
                                stream ??= new MemoryStream();

                                //下面则是缓存逻辑

                                //如果是非net6.0即以上，即：NetFramework平台使用。原因是stream不支持span写入
                                //var segment = data.AsSegment();
                                //stream.Write(segment.Array, segment.Offset, segment.Count);

                                //如果是net6.0以上，直接写入span即可
                                stream.Write(data.Span);
                            }
                        }
                        break;
                    case WSDataType.Binary:
                        {
                            if (dataFrame.FIN)//判断是不是最后的包
                            {
                                //是，则直接输出
                                //说明上次并没有中继数据缓存，直接输出本次内容即可
                                this.m_logger.Info($"WebSocket二进制：{data.Length}长度");
                            }
                            else
                            {
                                isText = false;

                                //否，则说明数据太大了，分中继包了。
                                //则，初始化缓存容器
                                stream ??= new MemoryStream();

                                //下面则是缓存逻辑

                                //如果是非net6.0即以上，即：NetFramework平台使用。原因是stream不支持span写入
                                //var segment = data.AsSegment();
                                //stream.Write(segment.Array, segment.Offset, segment.Count);

                                //如果是net6.0以上，直接写入span即可
                                stream.Write(data.Span);
                            }
                        }
                        break;
                    case WSDataType.Close:
                        break;
                    case WSDataType.Ping:
                        break;
                    case WSDataType.Pong:
                        break;
                    default:
                        break;
                }
            }
        }

        //此处即表明websocket已断开连接
        this.m_logger.Info("WebSocket断开连接");
        await e.InvokeNext();
    }
}

或者可以使用内置的扩展方法来进行一次性接收。

例如一次性接收文本：

 var str = await client.ReadStringAsync();

一次性接收二进制数据：

using (MemoryStream stream=new MemoryStream())
{
    var str = await client.ReadBinaryAsync(stream);
}
注意

ReadStringAsync或者ReadBinaryAsync，都只接收对应的数据类型，如果收到非匹配数据则会抛出异常。

【方法2】

使用消息组合器。如果想在OnWebSocketReceived进行合并消息，则可以使用该方法。

public class MyWebSocketPlugin : PluginBase, IWebSocketReceivedPlugin
{
    public MyWebSocketPlugin(ILog logger)
    {
        this.m_logger = logger;
    }

    private readonly ILog m_logger;

    public async Task OnWebSocketReceived(IWebSocket client, WSDataFrameEventArgs e)
    {
        switch (e.DataFrame.Opcode)
        {
            case WSDataType.Close:
                {
                    this.m_logger.Info("远程请求断开");
                    await client.CloseAsync("断开");
                }
                return;

            case WSDataType.Ping:
                this.m_logger.Info("Ping");
                await client.PongAsync();//收到ping时，一般需要响应pong
                break;

            case WSDataType.Pong:
                this.m_logger.Info("Pong");
                break;

            default:
                {

                    //其他报文，需要考虑中继包的情况。所以需要手动合并 WSDataType.Cont类型的包。
                    //或者使用消息合并器

                    //获取消息组合器
                    var messageCombinator = client.GetMessageCombinator();

                    try
                    {
                        //尝试组合
                        if (messageCombinator.TryCombine(e.DataFrame, out var webSocketMessage))
                        {
                            //组合成功，必须using释放模式
                            using (webSocketMessage)
                            {
                                //合并后的消息
                                var dataType = webSocketMessage.Opcode;

                                //合并后的完整消息
                                var data = webSocketMessage.PayloadData;

                                if (dataType == WSDataType.Text)
                                {
                                    //按文本处理
                                }
                                else if (dataType == WSDataType.Binary)
                                {
                                    //按字节处理
                                }
                                else
                                {
                                    //可能是其他自定义协议
                                }
                            }
                        }
                    }
                    catch (Exception ex)
                    {
                        this.m_logger.Exception(ex);
                        messageCombinator.Clear();//当组合发生异常时，应该清空组合器数据
                    }
                    
                }
                break;
        }

        await e.InvokeNext();
    }
}
注意

使用消息组合器，实际上是由框架缓存了数据，所以，整体数据不要太大，不然可能会有爆内存的风险。

六、回复、响应数据​

要回复Websocket消息，必须使用HttpSessionClient对象。如果要获取到所有的HttpSessionClient对象，则必须通过HttpService对象获取。

所以，首先，得确保能访问到HttpService对象。

如果是在HttpService的创建过程中，你可以直接访问到HttpService对象。

但是如果在插件中，或者其他地方，你需要使用其他方法来实现。

6.1 在插件中获取HttpService对象​

插件是支持依赖注入的，所以可以直接注入HttpService对象。然后在插件中获取。

例如：

【注册服务】

var service = new HttpService();
await service.SetupAsync(new TouchSocketConfig()//加载配置
     ...
     .ConfigureContainer(a =>
     {
         a.RegisterSingleton<IHttpService>(service);
         ...
     }));
await service.StartAsync();

【获取服务】

public class MyWebSocketPlugin : PluginBase,...
{
    private readonly IHttpService m_httpService;

    public MyWebSocketPlugin(ILog logger,IHttpService httpService)
    {
        this.m_logger = logger;
        this.m_httpService = httpService;
    }
}

除了使用容器，还可以在插件触发时，通过WebSocket获取HttpService对象。

public class MyWebSocketPlugin : PluginBase, IWebSocketReceivedPlugin
{
    ...
    public async Task OnWebSocketReceived(IWebSocket client, WSDataFrameEventArgs e)
    {
        if (client.Client is IHttpSessionClient httpSessionClient)
        {
            var service = httpSessionClient.Service as IHttpService
        }
        await e.InvokeNext();
    }
}

6.2 获取SessionClient​

（1）直接获取所有在线客户端​

通过service.Clients属性，获取当前在线的所有客户端。

var clients = service.Clients;
foreach (var client in clients)
{
    if (client.Protocol == Protocol.WebSocket)//先判断是不是websocket协议
    {
        if (client.Id == "id")//再按指定id发送，或者直接广播发送
        {
            await client.WebSocket.SendAsync("hello");
        }
    }
}
注意

由于HttpSessionClient的生命周期是由框架控制的，所以最好尽量不要直接引用该实例，可以引用HttpSessionClient.Id，然后再通过服务器查找。

（2）通过Id获取​

先调用service.GetIds方法，获取当前在线的所有客户端的Id，然后选择需要的Id，通过TryGetClient方法，获取到想要的客户端。

string[] ids = service.GetIds();
if (service.TryGetClient(ids[0], out HttpSessionClient sessionClient))
{
    await sessionClient.WebSocket.SendAsync("hello");
}

6.3 发送文本类消息​

await webSocket.SendAsync("Text");

6.4 发送二进制消息​

await webSocket.SendAsync(new byte[10]);

6.5 直接发送自定义构建的数据帧​

using (var frame = new WSDataFrame())
{
    frame.Opcode = WSDataType.Text;
    frame.FIN = true;
    frame.RSV1 = true;
    frame.RSV2 = true;
    frame.RSV3 = true;
    frame.AppendText("I");
    frame.AppendText("Love");
    frame.AppendText("U");
    await webSocket.SendAsync(frame);
}
备注

此部分功能就需要你对WebSocket有充分了解才可以操作。

6.6 发送Ping​

await webSocket.PingAsync();

6.7 发送Pong​

await webSocket.PongAsync();

6.8 发送大数据​

发送大数据时，需要分包发送，可以使用SendAsync的重载方法，设置FIN标志。

// 发送 "hello" 消息 100 次，最后一次设置 FIN 标志  
var i = 0;
while (true)
{
    if (i++ == 100)
    {
        await sessionClient.WebSocket.SendAsync("hello", true);
        break;
    }
    await sessionClient.WebSocket.SendAsync("hello", false);
}

七、关闭连接​

在使用WebSocket时，如果想主动关闭连接，可以使用CloseAsync方法，同时可以携带一个关闭原因。

默认关闭状态码为1000。意为：正常关闭。

await webSocket.CloseAsync("关闭");

如果你想使用其他状态码，可以参考如下代码。

await webSocket.CloseAsync(WebSocketCloseStatus.EndpointUnavailable,"关闭");//状态码为1001，意为：服务端不可用。

八、本文示例Demo​

WebSocketConsoleApp

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