如何用PHP websocket实现网页实时聊天

前言
最近艰难地“挤”出了一点时间，完善了很早之前做的 websocket “请求-原样返回”服务器，用js完善了下客户端功能，把过程和思路分享给大家，顺便也普及一下 websocket 相关的知识，当然现在讨论 websocket 的文章也特别多，有些理论性的东西我也就略过了，给出参考文章供大家选择阅读。

正文开始前，先贴一张聊天室的效果图（请不要在意CSS渣的页面）：

websocket
简介
WebSocket 不是一门技术，而是一种全新的协议。它应用 TCP 的 Socket（套接字），为网络应用定义了一个新的重要的能力：客户端和服务器端的双全工传输和双向通信。是继 Java applets、 XMLHttpRequest、 Adobe Flash,、ActiveXObject、 各类 Comet 技术之后，服务器推送客户端消息的新趋势。

与http的关系
在网络分层上，websocket 与 http 协议都是应用层的协议，它们都是基于 tcp 传输层的，但是 websocket 在建立连接时，是借用 http 的 101 switch protocol 来达到协议转换（Upgrade）的，从 HTTP 协议切换成 WebSocket 通信协议,这个动作协议中称“握手”；

握手成功后，websocket 就使用自己的协议规定的方式进行通讯，跟 http 就没有关系了。

握手
以下是一个我自己的浏览器发送的典型的握手 http 头：

服务器收到握手请求后，提取出请求头中的 “Sec-WebSocket-Key” 字段，追回一个固定的字符串 ‘258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11’， 然后进行 sha1 加密，最后转换为 base64 编码，作为 key 以 “Sec-WebSocket-Accept” 字段返回给客户端，客户端匹配此 key 后，便建立了连接，完成了握手；

数据传输
websocket 有自己规定的数据传输格式，称为 帧（Frame），下图是一个数据帧的结构，其中单位为bit：

0 1 2 3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

+-+-+-+-+———-+-+——————-+———————————————-+

|F|R|R|R| opcode|M| Payload len | Extended payload length |

|I|S|S|S| (4) |A| (7) | (16/64) |

|N|V|V|V| |S| | (if payload len==126/127) |

| |1|2|3| |K| | |

+-+-+-+-+———-+-+——————-+ - - - - - - - - - - - - - - - +

| Extended payload length continued, if payload len == 127 |

• • • • • • • • • • • • • • • • +———————————————-+

  | |Masking-key, if MASK set to 1 |

  +———————————————-+———————————————-+

  | Masking-key (continued) | Payload Data |

  +———————————————— - - - - - - - - - - - - - - - +

  : Payload Data continued … :

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • +

  | Payload Data continued … |

  +———————————————————————————————-+

具体每个字段是什么意思，有兴趣的可以看一下这篇文章 The WebSocket Protocol 5.数据帧 感觉自己对二进制的操作还不是很灵活，也就没有挑战自己写算法解析数据了，下面的数据帧解析和封装都是使用的网上的算法。

不过，我工作中写支付网关中还是会经常用到数据的进制操作的，这个一定是要仔细研究总结一下的，嗯，先记下。

PHP 实现 websocket 服务器
PHP 实现 websocket 的话，主要是应用 PHP 的 socket 函数库：

PHP 的 socket 函数库跟 C 语言的 socket 函数非常类似，以前翻过一遍 APUE, 所以觉得还挺好理解。在 PHP 手册中看一遍 socket 函数，我想大家也能对 php 的 socket 编程有一定的认识。

下面会在代码中对所用函数进行简单的注释。

文件描述符
忽然提及’文件描述符’，大家可能会有些奇怪。

但作为服务器，是必须要对已经连接的 socket 进行存储和识别的。每一个 socket 代表一个用户，如何关联和查询用户信息与 socket 的对应就是一个问题了，这里便应用了关于文件描述符的一点小技巧。

我们知道 linux 是’万物皆文件’的，C 语言的 socket 的实现便是一个个的’文件描述符‘ ，这个文件描述符一般是打开文件的顺序递增的 int 数值，从 0 一直递增（当然系统是有限制的）。每一个 socket 都对应一个文件，读写 socket 都是操作对应的文件，所以也能像文件系统一样应用 read 和 write 函数。

tips: linux 中， 标准输入对应的是文件描述符 0；标准输出对应的文件描述符是 1； 标准错误对应的文件描述符是 2；所以我们可以使用 0 1 2对输入输出重定向。

那么类似于 C socket 的 PHP socket 自然也继承了这一点，它创建的 socket 也是类型于 int 值为 4 5 之类的资源类型。 我们可以使用 (int) 或 intval() 函数把 socket 转换为一个唯一的ID，从而可以实现用一个 ‘类索引数组‘ 来存储 socket 资源和对应的用户信息；

结果类似：

创建服务器socket
下面是一段创建服务器 socket 的代码：

这样，我们就得到一个服务器 socket，当有客户端连接到此 socket 上时，它将改变状态为可读，那就看接下来服务器的处理逻辑了。

服务器逻辑
这里着重讲一下 socket_select($read, $write, $except, $tv_sec [, $tv_usec]):

select 函数使用传统的 select 模型，可读、写、异常的 socket 会被分别放入 $socket, $write, $except 数组中,然后返回 状态改变的 socket 的数目，如果发生了错误，函数将会返回 false.
需要注意的是最后两个时间参数，它们只有单位不同，可以搭配使用，用来表示 socket_select 阻塞的时长，为0时此函数立即返回，可以用于轮询机制。 为 NULL 时，函数会一直阻塞下去, 这里我们置 $tv_sec 参数为null，让它一直阻塞，直到有可操作的 socket 返回。

下面是服务器的主要逻辑：

这里只是服务器处理消息的基础代码，日志记录和异常处理都略过了，而且还有些数据帧解析和封装的方法，各位也不一定看爱，有兴趣的可以去 github 上支持一下我的源码~~

此外，为了便于服务器与客户端的交互，我自己定义了 json 类型的消息格式，形似：

创建客户端
前端我们使用 js 调用 Websocket 方法很简单就能创建一个 websocket 连接，服务器会为帮我们完成连接、握手的操作，js 使用事件机制来处理浏览器与服务器的交互：

发送消息也很简单，直接调用 ws.send(msg) 方法就行了。