使用 Socket.IO 构建实时聊天应用程序入门

越来越多的企业开始利用实时聊天应用程序和视频会议来发送信息和加强客户互动。随着客户接受这些新技术，应用程序和网络开发团队必须确保应用程序能够支持日益增长的需求。但说起来容易做起来难——大量的性能（如延迟）和安全问题都会随着不受控制的流量激增而出现。

Socket.io 等开源库使开发团队更容易构建实时功能。但是，在管理不断增加的工作负载时，套接字基础架构并不可靠。那么，开发团队如何确保应用程序能够满足实时增长的需求呢？

什么是可扩展性？

可扩展性是指系统根据用户数、交易量或数据量的变化而调整其性能的能力。它允许系统高效处理两种情况：

当工作量增加时，您可以进行扩展以支持新的需求。应用程序的性能保持稳定，客户可以享受到高质量的用户体验。

当工作量减少时，您可以缩小规模，使应用程序只使用所需的资源，以经济高效的方式运行。

扩展实时应用程序的挑战

扩展实时聊天应用程序、聊天室或多人游戏等应用程序会遇到各种挑战。

性能问题

扩展可以让系统管理不断增加的工作负载，并增加服务器负载。准确估算工作负载可让开发团队评估当前服务器架构是否能支持额外的工作负载。

基础设施限制

随着用户数量的增加，您的应用程序可能会表现不佳。可用资源可能无法支持激增的需求。确保您的基础设施能够处理不断扩大的工作量，以提供卓越的用户体验。

数据管理挑战

有效的数据管理有助于提高实时性。设计您的系统，使其能够轻松扩展，以处理随着用户和请求增多而不断增加的数据量。

成本增加

可扩展性会增加应用程序开发成本。考虑到对新基础设施、硬件、软件和劳动力的投资，应对上述所有挑战都会增加总体成本。

可扩展实时系统的优势

可扩展实时系统的优势使其值得投资。

提高便利性

开发人员只需点击几下，系统就能根据工作负载的要求扩展服务器容量，从而节省额外的开发时间。

提高速度和灵活性

可扩展性使实时应用程序能够更快地响应需求高峰。只在需要时才使用额外资源。

降低成本

虽然实施可扩展解决方案的成本可能很高，但您只需在必要时对应用程序进行扩展设计即可。这样，您只需为所使用的资源付费，避免购买额外的设备。

什么是 Socket.io？

Socket.io 创建于 2010 年，是一个开源库，用于促进网络客户端和服务器之间的全双工双向通信，包括一个 Node.js 服务器（如 Server.js）和一个浏览器 Javascript 库。它与 WebSockets 非常相似，因为它建立在 WebSockets 协议的基础上，提供了额外的功能，如自动重新连接和回退到 HTTP 长轮询。尽管目前大多数浏览器都支持 WebSockets，但 Socket.io 仍然是可行的。因此，即使您决定在网络应用程序的后端使用 WebSockets，您最终还是需要实现重新连接、确认和广播等功能。

Socket.io 的主要功能

Socket.io 为创建可靠的实时应用程序提供了久经考验的功能。

HTTP 长轮询回退

HTTP 长轮询是标准轮询的一种变体。它复制了 HTTP 服务器，更有效地向客户端（或浏览器）推送消息。Socket.io 框架首先会尝试建立长轮询连接，然后尽可能升级到 WebSocket 连接。之所以使用这种方法，是因为在防火墙和杀毒软件的作用下，无法保证建立 WebSocket 连接。

自动重连

WebSocket 会在特定条件下中断连接，而客户端和服务器都不会知道。Socket.io 通过心跳机制定期检查连接状态来解决这个问题。如果 Socket.IO 客户端断开连接，它会自动在服务器端重新连接，并使用后退延迟来防止多次重新连接尝试。

数据包缓冲

如果服务器断开连接，Socket.io 会自动继续缓冲事件，并在客户端重新连接时发送它们。然而，这可能会导致事件激增。使用客户端 Socket 实例的连接属性和易失性事件可以避免这种情况。

确认(Acknowledgments)

Socket.io 提供了一个名为 “Acknowledgments “的请求-响应应用编程接口 (API)。这是一种发送事件和接收响应的便捷方法。您甚至可以设计对事件的自定义响应，并添加请求超时，从而提高整个过程的效率。

广播

顾名思义，广播就是向所有已连接的客户端或客户端子集发送事件的过程。这在扩展到多个 Socket.io 服务器时也同样有效。

多路复用

多路复用（称为Namespaces）可让您在单个共享连接上分割应用程序的逻辑。在创建只有特定用户才能访问的频道（如管理员或会员频道）时，它非常有用。每个多路复用都有自己的事件处理程序发射器和事件监听器）、房间和中间件。

Socket.io 是如何工作的？

Socket.io 使用两种传输方法来启用套接字连接：

HTTP 长轮询
WebSockets

根据浏览器和网络功能，Socket.io 自动选择最佳选项。但通常情况下，首先建立 HTTP 长轮询连接，然后再建立 WebSocket 连接。

注意：Socket.io 首先使用 HTTP 长轮询，因为虽然 WebSocket 更流行，但并非所有浏览器都支持 WebSocket。因此，首先进行长轮询以保证成功连接并减少加载时间。建立 WebSockets 连接后，HTTP 长轮询将作为后备，以便您可以放心地继续提供出色的实时体验。

Socket.io框架

Socket.io 代码库分为两个不同的层：Engine.io 和 Socket.io 协议。Engine.io 是 Socket.IO 使用的底层传输层。它是一个实时双向通信引擎，可实现服务器和客户端之间的持久连接。Engine.io 通过处理低级通信协议并管理客户端和服务器之间的连接，为 Socket.IO 的实时功能提供了基础。

Engine.io使用各种传输机制，例如 WebSocket、HTTP 长轮询和AJAX来确保可靠且高效的客户端和服务器通信。它根据客户端和服务器的能力自动选择最合适的传输机制。

WebSocket 通过单个TCP连接提供全双工通信通道。这允许低延迟和低开销的实时双向通信。在 WebSocket 不受支持或不可用的情况下，Engine.io 会回退到 HTTP 长轮询，这涉及客户端不断向服务器发送请求，并且服务器保留响应，直到有新数据可用。即使在不支持 WebSocket 的环境中（例如较旧的 Web 浏览器或限制性网络配置），也可以实现实时通信。

AJAX 是 Engine.io 使用的另一种后备机制。它涉及定期从客户端向服务器发送异步 HTTP 请求以检查新数据。虽然基于 AJAX 的通信不如 WebSocket 或长轮询那么高效，但它仍然可以在其他机制不可用的情况下提供基本级别的实时功能。Socket.io协议使用 Engine.io 建立的通信通道提供附加功能（自动重新连接、数据包缓冲、确认等）。但是，在构建 Socket.io 应用程序时，您需要托管和维护服务器集群。

常见的 Socket.io 命令

Socket.io 库提供了广泛的实时通信功能，包括用于事件处理、房间管理等的各种命令。

Socket.io 使用的一些常见命令是：

io.on('connection', callback)：该命令用于服务器端监听新的客户端连接。当新的客户端连接到服务器时，它会触发回调函数。
socket.emit('event', data)：该命令在服务器端和客户端上使用，向连接的客户端发出事件。它将指定的数据与事件一起发送给接收者。
io.emit('event', data)：该命令用于服务器端向所有连接的客户端发出事件。它将指定的数据与事件一起发送给所有客户端。
socket.on('event', callback)：该命令在服务器端和客户端均使用，用于监听特定事件。当接收到指定事件时触发回调函数。
socket.broadcast.emit('event', data)：该命令在服务器端使用，向除发送者之外的所有连接的客户端发出事件。它将指定的数据与事件一起发送到除触发事件的客户端之外的所有客户端。
socket.join('room')：该命令用于服务器端，让客户端加入特定房间。它允许将客户分组到不同的房间以进行有针对性的沟通。
socket.leave('room')：该命令用于服务器端，使客户端离开之前加入的特定房间。
io.to('room').emit('event', data)：该命令在服务器端使用，向特定房间中的所有客户端发出事件。它将指定的数据与事件一起发送给房间中的所有客户端。