PHP 实现 WebSocket 协议原理与应用详解

什么是 WebSocket 协议

WebSocket 协议是一种基于 TCP 协议的网络协议，它属于轻量级协议，适用于服务器与客户端之间长时间连接通信。相对于 HTTP 协议每次请求都进行连接和断开，WebSocket 协议可以实现一个长连接，从而避免了多次连接的开销，并且可以在服务器端推送数据给客户端，从而可以实现双向通信。因为 WebSocket 协议对于服务器端的推送支持的比较好，所以在实时性要求比较高的应用场景中常常使用 WebSocket。

WebSocket 协议的通信过程

WebSocket 协议的通信过程包括握手和交互。

握手过程：
客户端发起握手请求，服务器返回握手响应。具体过程如下：

1. 客户端向服务器发起一次 HTTP 请求，并在 Upgrade 头部键中包含 websocket 字段，表示要进行 WebSocket 握手。
2. 服务器返回 HTTP 响应，响应头中应包含以下字段：
3. Upgrade: websocket
4. Connection: Upgrade
5. Sec-WebSocket-Accept：由服务器生成，用于验证客户端请求是否合法（详见 RFC 6455）
6. 握手成功后就可以开始发送 WebSocket 消息了。

交互过程：
客户端和服务器在握手成功后就可以开始 WebSocket 通信了，其过程如下：

1. 客户端发送数据帧到服务器端。
2. 服务器接收到数据后，对数据进行处理，然后返回一个响应数据帧。
3. 客户端接收到响应数据后进行处理。

WebSocket 协议的数据帧是由 opcode、payload length 和 payload 三部分组成的，其中 opcode 是用于确定数据的类型的，payload length 表示 payload 的长度，payload 则是实际的数据内容。当前比较常用的数据类型是文本类型和二进制类型。

PHP 实现 WebSocket 协议

PHP 本身并不直接支持 WebSocket 协议，但可使用第三方库来实现 WebSocket。下面以 Ratchet 为例，介绍如何使用 PHP 实现 WebSocket 协议。

安装 Ratchet

1. 使用 Composer 安装 Ratchet：

composer require cboden/ratchet

1. 加载 Composer 的自动加载文件：

require __DIR__ . '/vendor/autoload.php';

实现 WebSocket 服务端

在实现 WebSocket 服务端前，需要定义一个消息处理类，用于处理客户端发来的消息和服务端向客户端发送消息。例如：

use Ratchet\MessageComponentInterface;
use Ratchet\ConnectionInterface;

class MyChat implements MessageComponentInterface {
    protected $clients;

    public function __construct() {
        $this->clients = new \SplObjectStorage;
    }

    public function onOpen(ConnectionInterface $conn) {
        $this->clients->attach($conn);
    }

    public function onClose(ConnectionInterface $conn) {
        $this->clients->detach($conn);
    }

    public function onMessage(ConnectionInterface $from, $msg) {
        foreach ($this->clients as $client) {
            if ($client !== $from) {
                // 向所有客户端发送消息
                $client->send($msg);
            }
        }
    }

    public function onError(ConnectionInterface $conn, \Exception $e) {
        $conn->close();
    }
}

然后编写 WebSocket Server，例如：

use Ratchet\Http\HttpServer;
use Ratchet\Server\IoServer;
use Ratchet\WebSocket\WsServer;

$server = IoServer::factory(
    new HttpServer(
        new WsServer(
            new MyChat()
        )
    ),
    8080
);

$server->run();

上面代码创建了一个 WebSocket 服务器，监听本地的 8080 端口，处理客户端的 WebSocket 连接和消息交互，所有的消息都将发送到 MyChat 类中。在 MyChat 类中，我们可以自定义消息的处理方式。

使用 WebSocket 客户端

在 HTML 中，可使用 JavaScript 实现 WebSocket 客户端。例如：

var conn = new WebSocket('ws://localhost:8080');

conn.onopen = function() {
  console.log('connected to server');
  conn.send('hello server');
};

conn.onmessage = function(e) {
  console.log('received message: ', e.data);
};

conn.onclose = function() {
  console.log('disconnected from server');
};

上述 JavaScript 代码实现了一个简单的 WebSocket 客户端。在 conn.send() 中发送消息到服务端，在 conn.onmessage() 中处理从服务端接收到的消息。

示例说明

1. 实现一个简单的聊天室功能，允许多个客户端之间相互发送消息。

MyChat 类的 onMessage 方法中循环遍历所有客户端，将接收到的消息发送到除了本身之外的其他客户端中。

客户端可以通过 JavaScript WebSocket 的 API 连接 WebSocket 服务器，然后将用户输入的消息发送到服务器进行处理，服务器再将消息广播给所有客户端。

1. 实时获取服务端系统负载信息，向客户端推送数据。

在 MyChat 类的 onOpen 方法中，可以将客户端连接信息记录到日志中，以便后续进行统计计算。再在 onMessage 方法中，判断客户端是否发送了获取服务端负载信息的指令，如果发送了，则调用获取服务端负载信息的方法，并将结果返回给客户端。在服务端使用系统自带的 sys_getloadavg() 方法可以获取当前系统的一分钟、五分钟和十分钟的平均负载。

客户端使用 WebSocket 的 API 连接到服务端，然后发送获取服务端负载信息的指令，等待服务端返回结果并进行处理。