WebSocket实时双向通信：从基础到实战

一、WebSocket 基础概念

1. 什么是 WebSocket？

• 双向通信协议：与 HTTP 的单向请求不同，WebSocket 支持服务端和客户端实时双向通信。

• 低延迟：适用于聊天室、实时数据推送、在线游戏等场景。

• 协议标识：ws://（非加密）或 wss://（加密）。

二、环境准备

1. 开发环境

• .NET 版本：.NET Framework 4.5+ 或 .NET Core 3.1+

• IDE：Visual Studio 2019+ 或 VS Code

• 命名空间：System.Net.WebSockets

三、服务端实现（ASP.NET Core）

1. 创建 WebSocket 服务端

using System.Net.WebSockets;
using System.Text;

public class WebSocketHandler
{
    public async Task HandleWebSocket(HttpContext context)
    {
        // 1. 接受 WebSocket 连接请求
        WebSocket webSocket = await context.WebSockets.AcceptWebSocketAsync();
        
        // 2. 接收客户端消息
        var buffer = new byte[1024];
        WebSocketReceiveResult result = await webSocket.ReceiveAsync(new ArraySegment<byte>(buffer), CancellationToken.None);
        
        while (!result.CloseStatus.HasValue)
        {
            // 3. 解析消息内容
            string message = Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, result.Count);
            Console.WriteLine($"收到消息: {message}");

            // 4. 回复客户端（示例：原样返回消息）
            await webSocket.SendAsync(
                new ArraySegment<byte>(buffer, 0, result.Count),
                result.MessageType,
                result.EndOfMessage,
                CancellationToken.None);

            // 继续接收下一条消息
            result = await webSocket.ReceiveAsync(new ArraySegment<byte>(buffer), CancellationToken.None);
        }

        // 5. 关闭连接
        await webSocket.CloseAsync(result.CloseStatus.Value, result.CloseStatusDescription, CancellationToken.None);
    }
}

2. 配置 ASP.NET Core 中间件

// Program.cs
app.UseWebSockets(); // 启用 WebSocket 中间件

app.Map("/ws", async context =>
{
    if (context.WebSockets.IsWebSocketRequest)
    {
        var handler = new WebSocketHandler();
        await handler.HandleWebSocket(context);
    }
    else
    {
        context.Response.StatusCode = 400;
        await context.Response.WriteAsync("请使用 WebSocket 协议访问");
    }
});

四、客户端实现（控制台应用）

1. 客户端连接代码

using System.Net.WebSockets;
using System.Text;

public class WebSocketClient
{
    public async Task ConnectAsync(string url)
    {
        ClientWebSocket webSocket = new ClientWebSocket();
        
        // 1. 连接到服务端
        await webSocket.ConnectAsync(new Uri(url), CancellationToken.None);
        Console.WriteLine("已连接到服务端");

        // 2. 发送消息
        string message = "Hello, WebSocket!";
        byte[] buffer = Encoding.UTF8.GetBytes(message);
        await webSocket.SendAsync(new ArraySegment<byte>(buffer), WebSocketMessageType.Text, true, CancellationToken.None);

        // 3. 接收服务端响应
        buffer = new byte[1024];
        WebSocketReceiveResult result = await webSocket.ReceiveAsync(new ArraySegment<byte>(buffer), CancellationToken.None);
        string response = Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, result.Count);
        Console.WriteLine($"收到回复: {response}");

        // 4. 关闭连接
        await webSocket.CloseAsync(WebSocketCloseStatus.NormalClosure, "关闭连接", CancellationToken.None);
    }
}

2. 调用客户端

// Main 方法
static async Task Main(string[] args)
{
    WebSocketClient client = new WebSocketClient();
    await client.ConnectAsync("ws://localhost:5000/ws");
}

五、运行测试步骤

1. 启动服务端

   dotnet run

2. 运行客户端
   客户端控制台输出：

   已连接到服务端
   收到回复: Hello, WebSocket!

六、核心 API 说明

七、注意事项

1. 跨域问题
   在 ASP.NET Core 中配置 CORS：

   services.AddCors(options => options.AddPolicy("AllowAll", builder => 
       builder.AllowAnyOrigin().AllowAnyMethod().AllowAnyHeader()));

2. 心跳检测
   添加心跳机制防止连接超时：

   webSocket.Options.KeepAliveInterval = TimeSpan.FromSeconds(30);

3. 异常处理
   使用 try-catch 捕获 WebSocketException：

   try {
       // WebSocket 操作代码
   } catch (WebSocketException ex) {
       Console.WriteLine($"连接异常: {ex.Message}");
   }

4. 性能优化

   • 使用 ArrayPool<byte> 重用缓冲区

   • 多线程处理高并发连接