由于需要在项目中增加Websocket协议，与客户端进行通信，不想使用开源的库，比如WebSocketPP，就自己根据WebSocket协议实现一套函数，完全使用C++实现。
代码已经实现，放在个人github上面，地址：https://github.com/jice1001/websocket.git。下面进行解释说明：
一、原理
Websocket协议解析，已经在前面博客里面详细讲解过，可以参考博客http://www.cnblogs.com/jice1990/p/5435419.html，这里就不详细细说。
服务器端实现就是使用TCP协议，使用传统的socket流程进行绑定监听，使用epoll控制多路并发，收到Websocket握手包时候进行握手处理，握手成功便可进行数据收发。
二、实现
1、服务器监听
该部分使用的是TCP socket流程，首先是通过socket函数建立socket,通过bind函数绑定到某个端口，本例使用的是9000，然后通过listen函数开启监听，代码如下：
listenfd_ = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(listenfd_ == -1){
DEBUG_LOG("创建套接字失败!");
return -1;
}
struct sockaddr_in server_addr;
memset(&server_addr, 0, sizeof(sockaddr_in));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
server_addr.sin_port = htons(PORT);
if(-1 == bind(listenfd_, (struct sockaddr *)(&server_addr), sizeof(server_addr))){
DEBUG_LOG("绑定套接字失败!");
return -1;
}
if(-1 == listen(listenfd_, 5)){
DEBUG_LOG("监听失败!");
return -1;
}
2、epoll控制多路并发
该部分使用的是epoll流程，首先在初始化时候使用epoll_create创建epoll句柄
epollfd_ = epoll_create(1024);
然后通过epoll_wait等待fd事件来临，当监听到是listenfd事件时候，说明是客户端连接服务器，就使用accept接受连接，然后注册该连接EPOLLIN事件，当epoll监听到EPOLLIN事件时候，即可进行握手和数据读取。代码如下：
void ctl_event(int fd, bool flag){
struct epoll_event ev;
ev.data.fd = fd;
ev.events = flag ? EPOLLIN : 0;
epoll_ctl(epollfd_, flag ? EPOLL_CTL_ADD : EPOLL_CTL_DEL, fd, &ev);
if(flag){
set_noblock(fd);
websocket_handler_map_[fd] = new Websocket_Handler(fd);
if(fd != listenfd_)
DEBUG_LOG("fd: %d 加入epoll循环", fd);
}
else{
close(fd);
delete websocket_handler_map_[fd];
websocket_handler_map_.erase(fd);
DEBUG_LOG("fd: %d 退出epoll循环", fd);
}
}
int epoll_loop(){
struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t clilen;
int nfds = 0;
int fd = 0;
int bufflen = 0;
struct epoll_event events[MAXEVENTSSIZE];
while(true){
nfds = epoll_wait(epollfd_, events, MAXEVENTSSIZE, TIMEWAIT);
for(int i = 0; i < nfds; i++){
if(events[i].data.fd == listenfd_){
fd = accept(listenfd_, (struct sockaddr *)&client_addr, &clilen);
ctl_event(fd, true);
}
else if(events[i].events & EPOLLIN){
if((fd = events[i].data.fd) < 0)
continue;
Websocket_Handler *handler = websocket_handler_map_[fd];
if(handler == NULL)
continue;
if((bufflen = read(fd, handler->getbuff(), BUFFLEN)) <= 0){
ctl_event(fd, false);
}
else{
handler->process();
}
}
}
}
return 0;
}
3、Websocket握手连接
握手部分主要是根据Websocket握手包进行解析，然后根据Sec-WebSocket-Key进行SHA1哈希，生成相应的key,返回给客户端，与客户端进行握手。代码如下：
//该函数是获取websocket握手包的信息，按照分割字符进行解析
int fetch_http_info(){ std::istringstream s(buff_); std::string request; std::getline(s, request); if (request[request.size()-1] == '\r') { request.erase(request.end()-1); } else { return -1; } std::string header; std::string::size_type end; while (std::getline(s, header) && header != "\r") { if (header[header.size()-1] != '\r') { continue; //end } else { header.erase(header.end()-1); //remove last char } end = header.find(": ",0); if (end != std::string::npos) { std::string key = header.substr(0,end); std::string value = header.substr(end+2); header_map_[key] = value; } } return 0; }
//该函数是根据websocket返回包的格式拼接相应的返回包
void parse_str(char *request){ strcat(request, "HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n"); strcat(request, "Connection: upgrade\r\n"); strcat(request, "Sec-WebSocket-Accept: "); std::string server_key = header_map_["Sec-WebSocket-Key"]; server_key += MAGIC_KEY; SHA1 sha; unsigned int message_digest[5]; sha.Reset(); sha << server_key.c_str(); sha.Result(message_digest); for (int i = 0; i < 5; i++) { message_digest[i] = htonl(message_digest[i]); } server_key = base64_encode(reinterpret_cast<const unsigned char*>(message_digest),20); server_key += "\r\n"; strcat(request, server_key.c_str()); strcat(request, "Upgrade: websocket\r\n\r\n"); }
4、数据读取
当服务器与客户端握手成功后，就可以进行正常的通信，读取数据了。使用的是TCP协议的方法，解析Websocket包根据协议格式，在前面博客里面有详细分析，这里只把实现代码贴出来。
int fetch_websocket_info(char *msg){
int pos = 0;
fetch_fin(msg, pos);
fetch_opcode(msg, pos);
fetch_mask(msg, pos);
fetch_payload_length(msg, pos);
fetch_masking_key(msg, pos);
return fetch_payload(msg, pos);
}
int fetch_fin(char *msg, int &pos){
fin_ = (unsigned char)msg[pos] >> 7;
return 0;
}
int fetch_opcode(char *msg, int &pos){
opcode_ = msg[pos] & 0x0f;
pos++;
return 0;
}
int fetch_mask(char *msg, int &pos){
mask_ = (unsigned char)msg[pos] >> 7;
return 0;
}
int fetch_masking_key(char *msg, int &pos){
if(mask_ != 1)
return 0;
for(int i = 0; i < 4; i++)
masking_key_[i] = msg[pos + i];
pos += 4;
return 0;
}
int fetch_payload_length(char *msg, int &pos){
payload_length_ = msg[pos] & 0x7f;
pos++;
if(payload_length_ == 126){
uint16_t length = 0;
memcpy(&length, msg + pos, 2);
pos += 2;
payload_length_ = ntohs(length);
}
else if(payload_length_ == 127){
uint32_t length = 0;
memcpy(&length, msg + pos, 4);
pos += 4;
payload_length_ = ntohl(length);
}
return 0;
}
int fetch_payload(char *msg, int &pos){
memset(payload_, 0, sizeof(payload_));
if(mask_ != 1){
memcpy(payload_, msg + pos, payload_length_);
}
else {
for(uint i = 0; i < payload_length_; i++){
int j = i % 4;
payload_[i] = msg[pos + i] ^ masking_key_[j];
}
}
pos += payload_length_;
return 0;
}
5、总结
到此为止，完整实现了使用C++对Websocket协议进行解析，握手，数据收发，不借助开源库就实现了websocket相关功能，最大程度的与项目保存兼容。
