WebSocket的C++服務器端實現

　　由于需要在項目中增加Websocket協議，與客戶端進行通信，不想使用開源的庫，比如WebSocketPP，就自己根據WebSocket協議實現一套函數，完全使用C++實現。

代碼已經實現，放在個人github上面，地址：https://github.com/jice1001/websocket.git。下面進行解釋說明：

一、原理

　　Websocket協議解析，已經在前面博客里面詳細講解過，可以參考博客http://www.cnblogs.com/jice1990/p/5435419.html，這里就不詳細細說。

服務器端實現就是使用TCP協議，使用傳統的socket流程進行綁定監聽，使用epoll控制多路并發，收到Websocket握手包時候進行握手處理，握手成功便可進行數據收發。

二、實現

　　1、服務器監聽

　　該部分使用的是TCP socket流程，首先是通過socket函數建立socket,通過bind函數綁定到某個端口，本例使用的是9000，然后通過listen函數開啟監聽，代碼如下：

    listenfd_ = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);    if(listenfd_ == -1){        DEBUG_LOG("創建套接字失敗!");        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("綁定套接字失敗!");        return -1;    }    if(-1 == listen(listenfd_, 5)){        DEBUG_LOG("監聽失敗!");        return -1;    }
　　2、epoll控制多路并發
　　該部分使用的是epoll流程，首先在初始化時候使用epoll_create創建epoll句柄
epollfd_ = epoll_create(1024);
　　然后通過epoll_wait等待fd事件來臨，當監聽到是listenfd事件時候，說明是客戶端連接服務器，就使用accept接受連接，然后注冊該連接EPOLLIN事件，當epoll監聽到EPOLLIN事件時候，即可進行握手和數據讀取。代碼如下：
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循環", fd);    }    else{        close(fd);        delete websocket_handler_map_[fd];        websocket_handler_map_.erase(fd);        DEBUG_LOG("fd: %d 退出epoll循環", 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握手連接
　　握手部分主要是根據Websocket握手包進行解析，然后根據Sec-WebSocket-Key進行SHA1哈希，生成相應的key,返回給客戶端，與客戶端進行握手。代碼如下：
//該函數是獲取websocket握手包的信息，按照分割字符進行解析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;}
//該函數是根據websocket返回包的格式拼接相應的返回包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、數據讀取
　　當服務器與客戶端握手成功后，就可以進行正常的通信，讀取數據了。使用的是TCP協議的方法，解析Websocket包根據協議格式，在前面博客里面有詳細分析，這里只把實現代碼貼出來。
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、總結
　　到此為止，完整實現了使用C++對Websocket協議進行解析，握手，數據收發，不借助開源庫就實現了websocket相關功能，最大程度的與項目保存兼容。