基于 websocket 的多端桥接平台

我们现在的业务是基于新闻客户端实现的，都要经过新闻客户端的环境，进行前后端数据上的交互。但是我们在调试过程中，非常的不方便。

通常使用的工具有：modheader, postman, fiddler 等，但这些工具都会存在的问题：

1. 缺少客户端里相应的设备信息；
2. 即使将 cookie 信息复制出来，也是存在过期的问题；
3. 多个设备之间切换时不方便；

针对这些存在的问题和不足，我基于 websocket 双向通信的特点，并实现了“多端桥接管理平台”：通过在 PC 端上的操作，可以直接在新闻客户端内直接执行相应的命令，并将结果、cookie、设备信息等一起返回到 PC 端。

1. 要调试什么

我们主要要知道调试什么，最终回去到什么样子的结果：

1. 调试接口，传入接口地址，即可获取对应的结果；并且可以同时调试多个设备；
2. 调试 jsapi，输入对应的方法，则即可在新闻客户端中展示出效果。

在调试接口方面，其实我们有一种方法可以方便地进行调试，但有两个限制条件：Android系统和测试版的客户端，这样通过 Chrome 浏览器进行桥接。但这种方式，在 iOS 系统和正式版的客户端中，就失效了。

2. websocket 的特性

WebSocket 协议的最大特点就是，服务器可以主动向客户端推送信息，客户端也可以主动向服务器发送信息，是真正的双向平等对话，属于服务器推送技术的一种。

其他特点包括：

1. 建立在 TCP 协议之上，服务器端的实现比较容易。
2. 与 HTTP 协议有着良好的兼容性。默认端口也是 80 和 443，并且握手阶段采用 HTTP 协议，因此握手时不容易屏蔽，能通过各种 HTTP 代理服务器。
3. 数据格式比较轻量，性能开销小，通信高效。
4. 可以发送文本，也可以发送二进制数据。
5. 没有同源限制，客户端可以与任意服务器通信。
6. 协议标识符是 ws（如果加密，则为 wss），服务器网址就是 URL。

3. 建立 socket 连接

为了满足我们在第 1 部分设置的调试目标，我们这里要实现的功能有：

1. PC 端相当于房主，建立房间后，其他设备可以进入到该房间，一个设备只能进入到一个房间中；
2. 客户端有断线重连的机制，当客户端断开连接后，可以尝试重连；
3. 服务端维护一个心跳检测的机制，当有新设备进入或者之前的设备退出时，要及时地更新当前房间中的设备列表；

3.1 如何创建房间

在浏览器上输入房间的标识，若浏览器与服务端成功建立起 websocket 连接后，则在浏览器端创建对应的二维码。用微信/手 Q 或者其他扫描二维码的设备进行扫描，即可通过提前设定的 scheme 协议，跳转到新闻客户端里对应的调试页面。

若客户端里也与服务端成功建立 websocket 连接后，则相当于进入房间成功，PC 端会出现一个对应的图标。

ws.open(serverId)
    .then(() => {
        // PC 端成功建立连接后

        setStatus("linked"); // 更新页面的状态
        // 生成二维码
        qrcode(`/tools/index.html#/newslist?serverId=${serverId}`).then(url => {
            setCodeUrl(url);
        });
    })
    .catch(e => {
        // 建立连接失败
        console.error(e);
        Modal.error({ title: "当前服务器出现问题啦，正在抢修中" });
        setStatus("unlink");
    });

3.2 客户端的断线重现机制

在移动端中的页面有个特点，当屏幕黑屏后，或者因为其他的原因，客户端会自动断开 socket 连接。

为了方便进行调试，而不是每次在断开连接后，需要手动点击，或者重新进入页面。我在这里实现了一个简单的断线重连机制。websocket 连接断开时，会执行onclose的回调，因此，我们可以在 onclose 事件中进行再次重连的机制。

同时，为了防止无限制的重连尝试，我在这里也进行了下限制，最多重连 3 次，3 次后还没有重新连接上，则停止连接；若重连成功，则将重连次数重置为 3。

断开连接时：

// 断开连接时
ws.onclose(() => {
    timer = setTimeout(() => {
        setStatus("unlink");
        setCodeUrl("");
    }, 500);

    reconnectNum--;
    // 限制重连的次数
    if (reconnectNum >= 0) {
        _open(); // 尝试重新连接
    }
});

连接成功时：

ws.open(serverId).then(() => {
    // PC 端成功建立连接后
    +reconnectNum = 3;
    +timer && clearTimeout(timer);

    setStatus("linked"); // 更新页面的状态
    // 生成二维码
    qrcode(`/tools/index.html#/newslist?serverId=${serverId}`).then(url => {
        setCodeUrl(url);
    });
});

3.3 心跳检测

就像我们在 QQ 群里聊天一样，哪个人在线要一目了然，若有人进入到聊天群，或者有人退出了，都要通知房主，并及时地更新群列表。

心跳检测主要有 2 种方式：客户端发起的心跳检测和服务端维护的心跳检测。我们稍微讲解下这两种：

• 客户端发起的心跳：每隔一段固定的时间，向服务器端发送一个 ping 数据，如果在正常的情况下，服务器会返回一个 pong 给客户端，如果客户端通过 onmessage 事件能监听到的话，说明请求正常。
• 服务端维护的心跳：每隔一段时间，检测所有连接的状态，若状态为断开时，则将其从列表中剔除。

我在这里使用的是服务端维护的心跳检测，当房间里的设备数量发生变化时，则服务端向客户端推送最新的设备列表：

// 持续监测客户端的连接状态
// 若已断开连接，则将客户端清除
let aliveClients = new Map();
let lastAliveLength = new Map();
setInterval(() => {
    let clients = {};
    wss.clients.forEach(function each(ws) {
        if (ws.isAlive === false) {
            return ws.terminate();
        }
        const serverId = ws.serverId;
        if (clients[serverId]) {
            clients[serverId].push(ws);
        } else {
            clients[serverId] = [ws];
        }

        ws.isAlive = false;
        ws.ping(() => {});
    });
    for (let serverId in clients) {
        aliveClients.set(serverId, clients[serverId]);
        const length = clients[serverId].length;

        // 若当前serverId连接的设备数量发生变化，则发送消息
        if (length !== lastAliveLength.get(serverId)) {
            // 想当前所有serverId的设备发送消息
            sendAll("devices", clients[serverId], serverId);

            // 存储上次当前serverId的连接数
            lastAliveLength.set(serverId, length);
        }
    }

    const size = wss.clients.size;

    console.log("connection num: ", size, new Date().toTimeString());
}, 2000);

4. 进行接口的调试

我们在第 3 节已经成功把 PC 端和新闻客户端连接起来了，那么怎么进行双端数据的通信？

4.1 接口的调试

我们在这里要传入 3 个字段：

• serverId: 即房间号，服务端要将信息广播给所有带有 serverId 的成员；
• type: 类型，这条指令是要做什么的；
• msg: 传入的参数；

在接口调试的过程中，则传入的参数是：

const params = {
    type: "post", // 类型
    msg: {
        // 参数
        url: "https://api.prize.qq.com/v1/newsapp/answer/share/oneQ?qID=506336"
    }
};

当客户端正常完成接口的请求后，则将接口结果、cookie 和设备信息等返回到 PC 端：

// 请求的方法
const post = url => {
    if (window.TencentNews && window.TencentNews.post) {
        window.TencentNews.post(url, {}, window[id], { loginType: "qqorweixin" }, {});
    } else if (window.TencentNews && window.TencentNews.postData) {
        window.TencentNews.postData(url, '{"a":"b"}', id, "requestErrorCallback");
    }
};

// 移动端向服务端发起的数据
ws.send({
    type: "postCb", // 执行的结果
    msg: {
        method: "post",
        result,
        cookie: document.cookie,
        appInfo
    }
});

这样就能在前端展示出结果了，而且是真实的数据请求。

4.2 历史记录的存储

历史记录这块，我们周边的同学在试用的过程中，还是非常迫切需要的需求。要不然每次要测试之前的接口地址时，都需要重新输入或者粘贴，非常不方便。

我们把用户请求的 URL、返回的结果、cookie、设备信息等比较完整的信息存储到 boss 中，而本地只存储历史的 URL，当用户需要再次测试之前的接口时，点击一下即可。若需要查看之前调试的接口，可以去鹰眼上进行查看。

本地采用的是localStorage的方式进行存储。还有更重要的是，我们也使用mobx的响应式工具，能够在用户完成这次请求后，马上在侧边的历史记录里看到结果。

5. 新闻客户端内 jsapi 的调试

除了可以调试接口外，还可以进行一些新闻客户端内的 jsapi 调试。我们新闻客户端的 jsapi 有两种调用的方式：

// 直接调用
window.TencentNews.login("qqorweixin", isLogined => console.log(isLogined));

// invoke方式调用
window.TencentNews.invoke("login", "qqorweixin", isLogined => console.log(isLogined));

这里我选择了使用invoke的方式来调用 jsapi。

PC 端发起 jsapi 的调用：

ws.send({
    type: "call",
    msg: {
        method: method,
        params: slice.call(arguments)
    }
});

移动端在收到服务端发过来的请求后，进行 jsapi 的调用，并将执行的结果返回到 PC 端即可：

const handleNewsApi = async (msg: any): Promise<any> => {
    await tencentReady();

    const { method, params } = msg;
    return new Promise(resolve => {
        window.TencentNews.invoke(method, ...params, (result: any) => {
            resolve({ method, result });
        });
    });
};

6. 总结

到这里，我的“基于 websocket 的多端桥接平台”基本上已经构建完毕了。不过还是有 2 个问题要简要的说明下。

6.1 为什么要手动输入 serverId

最开始想着用户创建房间时，由系统随机产生一个 uuid，但后来想，如果用户刷新页面了，这个 uuid 就会发生变化，导致无法连接到之前的 uuid，所以这里就换成了手动输入。

6.2 如何保证一个客户端的 socket 请求都进入到同一个进程中

当我们后台采用多个进程时，若用户的请求我们不做干预，会造成请求的随机访问，产生 400 的请求，毕竟最开始连接在 A 进程中，现在发起的请求到 B 进程中，B 进程不知道怎么处理了。

这里有多种方式可以进行处理：

方法	介绍	优点	缺点
一致性 hash 算法	所有的主机和连接都分配到 0 ～ 2^32-1 的虚拟圆中	1. 适用在大规模的应用； 2. 某个主机或者进程挂掉后，影响小	实现比较复杂
nginx 分配	自带的 ip_hash 可实现负载均衡； 同一 ip 会被分配给固定的后端服务器	配置方便	可能会集中到某个进程中

我这里的平台是内部的调试平台，用户量不大，杀鸡焉用牛刀，而且我们只有一台机器，因此我们考虑的是同一个 IP 进入到同一个进程中。这里我借用里 nginx 中的 ip_hash 思想：当请求来到主进程后，我这里对 IP 进行加权计算后，然后按照进程的个数进行取模。

显然这种方式也有可能存在一个进程中 socket 连接过多的问题，不过在用户量不多的时候完全可以接受（针对这个问题我也考虑了别的方法，例如瀑布流的方式，每次给子进程分配连接的时候，都首先获取到连接数最少的那个进程，然后连接分配给这个进程，不过还要维护一个表，每次都要计算）。

6.4 多进程之间的通信

同一个房间里，当 PC 端的 socket 连接和多个移动端的连接不在同一个进程中时，就会存在跨进程的问题。一个极端的例子，每个 socket 连接都在不同的进程中，那么就要考虑如何通知其他的进程，需要给客户端发送请求了。

比较简单的方式利用我们的机制，每个 PC 端的用户就是房主，可以创建一个房间，移动设备就是房间中的成员，每个房间都是独立的，互不干扰。这样我们把房间里所有的 socket 连接，通过房间的标识，都放到同一个进程中，这样就没有跨进程的问题了。但这种方式存在的一个问题是：一个房间里的连接过多时，都需要这同一个进程来承担，而别的进程却闲着的。

还有可以使用 redis：利用 redis 的发布/订阅者模式，将当前进程中的房间标识和信息广播到其他的进程中，其他进程中有相同房间标识的 socket 连接，进行相应的操作。

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