根据WebSocket协议完全使用C++实现函数

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，下面进行解释说明：

一、原理

Websocket协议解析，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(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。