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使用Go开发WebSocket应用：单房间聊天室

原创

HullQin

发布于 2022-09-29 13:07:34

6.6K7

文章被收录于专栏：教你做小游戏教你做小游戏

背景

大家好，我是公众号「线下聚会游戏」作者，开发了《联机桌游合集》，是个网页，可以很方便的跟朋友联机玩斗地主、五子棋等游戏。其中的核心技术就是WebSocket，快关注HullQin一起学习吧！

还没学过Go，要先看什么？

建议你花1天时间，看一下Go的原理简介、基础语法。什么教程都可以，知名的教程就行。

至少要明白：各种数据类型，控制流（for、if等）写法，弄懂channel和goroutine，如何加锁。

一定要自己写写goroutine和channel试一下，了解一下基础语法。

此外，还要了解常用包的用法，包括fmt、net/http。

技术选型

面对自己不熟悉的语言和不熟悉的框架，该怎么做技术选型呢？

我告诉你个小技巧，直接在Github上搜索，看Star最多的那个仓库，就可以啦～

看吧，我们搜到了gorilla/websocket，star数以显著差异甩开了后面几名。这就没有什么好纠结的了，果断使用它。

新建项目

在使用GoLand时，新建Go Project会有2个选项：

我们选用第一个即可。

如果你没有GoLand，也可以手动创建文件夹，在里面新建文件go.mod（我是使用的目前最新稳定版1.18）

module echo

go 1.18

安装依赖

go get github.com/gorilla/websocket

拷贝chat代码

把gorilla/websocket的官方demo拷贝过来即可，我们慢慢分析：

github.com/gorilla/websocket/tree/master/examples/chat

你需要这4个文件：

main.go
hub.go
client.go
index.html

第一步，看主函数

func main() {
   flag.Parse()
   hub := newHub()
   go hub.run()
   http.HandleFunc("/", serveHome)
   http.HandleFunc("/ws", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
      serveWs(hub, w, r)
   })
   err := http.ListenAndServe(*addr, nil)
   if err != nil {
      log.Fatal("ListenAndServe: ", err)
   }
}

上篇已经介绍了flag和http.HandleFunc，这里跟上篇是一模一样的。

这里还开启了一个goroutine，注意它是写在main函数里的，不是写在http.HandleFunc里的。所以不管有多少客户端连接，这个服务只开启了一个goroutine。newHub().run()。我们下一步看newHub()，在hub.go文件中。

再看下注册的2个请求处理函数：

serveHome是一个HTTP服务，把html文件返回给请求方（浏览器）。
针对/ws路由，则会调用serveWs，我们下下一步看serveWs做了什么，在clent.go文件中。

第二步，看hub.go

Hub定义和newHub函数定义

type Hub struct {
   clients map[*Client]bool
   broadcast chan []byte
   register chan *Client
   unregister chan *Client
}

func newHub() *Hub {
   return &Hub{
      clients:    make(map[*Client]bool),
      register:   make(chan *Client),
      unregister: make(chan *Client),
      broadcast:  make(chan []byte),
   }
}

可以看到newHub只是新建了一个空白的Hub。而1个Hub包含4个东西：

clients，保存了每个客户端的引用的Map（其实这个Map的value没有用到，key是客户端的引用，可以当作是其它语言的set）。
register，用于注册客户端的channel。每当有客户端建立websocket连接时，通过register，把客户端保存到clients引用中。
unregister，用于注销客户端的channel。每当有客户端断开websocket连接时，通过unregister，把客户端引用从clients中删除。
broadcast，用于发送广播的channel。把消息存到这个channel后，之后会有其它goroutine遍历clients，把消息发送给所有客户端。

服务开启时启动的goroutine: hub.run()

func (h *Hub) run() {
   for {
      select {
      case client := <-h.register:
         h.clients[client] = true
      case client := <-h.unregister:
         if _, ok := h.clients[client]; ok {
            delete(h.clients, client)
            close(client.send)
         }
      case message := <-h.broadcast:
         for client := range h.clients {
            select {
            case client.send <- message:
            default:
               close(client.send)
               delete(h.clients, client)
            }
         }
      }
   }
}

一个死循环：不断从channel读取数据。读取到register，就注册客户端。读取到unregister，就断开客户端连接，删除引用。读取到broadcast，就遍历clients，广播消息（通过把消息写入每个客户端的client.sendchannel中，实现广播），正是下一步要看的逻辑。

下一步，我们看client。

第三步，看client.go

Client定义

type Client struct {
   hub *Hub
   conn *websocket.Conn
   send chan []byte
}

hub: 每个Client客户端保存了Hub的引用。（虽然目前全局只有1个hub，但是为了可扩展性，还是保存一份吧，因为将来会有多hub，下篇文章我们就介绍！）
conn: 即跟客户端的websocket连接，通过这个conn可以跟客户端交互（即收发消息）。
send: 一个channel，在第二步已经见识到了，broadcast时，就是把消息写入了每个Client的send channel中。通过从这个channel读取消息，发送消息给客户端。

main函数用到的serveWs函数

func serveWs(hub *Hub, w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
   conn, err := upgrader.Upgrade(w, r, nil)
   if err != nil {
      log.Println(err)
      return
   }
   client := &Client{hub: hub, conn: conn, send: make(chan []byte, 256)}
   client.hub.register <- client

   // Allow collection of memory referenced by the caller by doing all work in
   // new goroutines.
   go client.writePump()
   go client.readPump()
}

在hub中，注册了一下。

随后启动了2个goroutine: client.writePump()和client.readPump()，然后这个函数逻辑就结束了。

这2个goroutine，分别用于处理写入消息和读取消息。

client.writePump

func (c *Client) writePump() {
   ticker := time.NewTicker(pingPeriod)
   defer func() {
      ticker.Stop()
      c.conn.Close()
   }()
   for {
      select {
      case message, ok := <-c.send:
         c.conn.SetWriteDeadline(time.Now().Add(writeWait))
         if !ok {
            c.conn.WriteMessage(websocket.CloseMessage, []byte{})
            return
         }
         w, err := c.conn.NextWriter(websocket.TextMessage)
         if err != nil {
            return
         }
         w.Write(message)
         if err := w.Close(); err != nil {
            return
         }
      case <-ticker.C:
         c.conn.SetWriteDeadline(time.Now().Add(writeWait))
         if err := c.conn.WriteMessage(websocket.PingMessage, nil); err != nil {
            return
         }
      }
   }
}

首先开启了一个ping计时器。会固定周期发送Ping消息给客户端。这是WebSocket协议要求的，参考《RFC6455》。你在浏览器上抓包看不到这个Ping消息。这种方式，可以将没响应的连接清理掉。

然后，这个goroutine，声明了defer执行的逻辑：关闭计时器，关闭连接。

最重要的部分，这个goroutine有个死循环：不断读取client.send这个channel中的数据。只要hub.broadcast给它传了消息，那么就由这个goroutine来处理。c.conn.NextWriter和w.Write(message)是真正的发消息的逻辑。

此外，每隔一段时间（定时器设置的时间间隔），服务器都会发送一个Ping给浏览器。浏览器会自动回复一个Pong（不需要客户端开发者关注，客户端开发者通常是JS开发者）。

client.readPump

func (c *Client) readPump() {
   defer func() {
      c.hub.unregister <- c
      c.conn.Close()
   }()
   c.conn.SetReadLimit(maxMessageSize)
   c.conn.SetReadDeadline(time.Now().Add(pongWait))
   c.conn.SetPongHandler(func(string) error { c.conn.SetReadDeadline(time.Now().Add(pongWait)); return nil })
   for {
      _, message, err := c.conn.ReadMessage()
      if err != nil {
         if websocket.IsUnexpectedCloseError(err, websocket.CloseGoingAway, websocket.CloseAbnormalClosure) {
            log.Printf("error: %v", err)
         }
         break
      }
      message = bytes.TrimSpace(bytes.Replace(message, newline, space, -1))
      c.hub.broadcast <- message
   }
}

readPump就是读取消息，收到客户端消息后，就借助hub.broadcast广播出去。

此外，这个goroutine有个重要的任务：关闭连接后，负责hub.unregister和conn.Close。

总结！最重要的一个图！

为了帮助大家理解，我绘制了这个图：

其中，彩色矩形表示goroutine，彩色线条是各个channel（从A指向B表示，由goroutine A写入数据，由goroutine B读取数据）。

User和Client图中只画了2个，是可以继续增加的。

写在最后

我是HullQin，公众号线下聚会游戏的作者（欢迎关注我，交个朋友）。转发本文前需获得作者HullQin授权。我独立开发了《联机桌游合集》，是个网页，可以很方便的跟朋友联机玩斗地主、五子棋等游戏，不收费无广告。还开发了《Dice Crush》参加Game Jam 2022。喜欢可以关注我噢～我有空了会分享做游戏的相关技术，会在这个专栏里分享：《教你做小游戏》。

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