Nodejs+socket.io搭建WebRTC信令伺服器

Socket Node.js WebRTC · 發表 2019-05-10 01:11:09

摘要：我們在學習WebRTC 時，首先要把實驗環境搭建好，這樣我們就可以在上面做各種實驗了。對於 WebRTC 來說，它有一整套規範，如使它使用的介面、使用SDP進行媒體協商、通過ICE收集地址並進行連通性檢測等等。除此之外，WebRTC還需要房間伺服器將多端聚集到一起管理，以及信令伺服器...

我們在學習WebRTC 時，首先要把實驗環境搭建好，這樣我們就可以在上面做各種實驗了。

對於 WebRTC 來說，它有一整套規範，如使它使用的介面、使用SDP進行媒體協商、通過ICE收集地址並進行連通性檢測等等。除此之外，WebRTC還需要房間伺服器將多端聚集到一起管理，以及信令伺服器進行信令資料交換（如媒體描述資訊SDP的交換，連線地址的交抽換等），但在WebRTC的規範中沒有對這部分內容進行規定，所以需要由使用者自己處理。

你可以根據自己的喜好選擇伺服器（如 Apache，Nginx 或 Nodejs），我今天將介紹如何使用 Nodejs 來搭建信令伺服器。

為什麼選擇 Nodejs

Apache、Nginx和Nodejs都是非常成熟的Web伺服器，Nginx 可以說是的效能是最好的Web伺服器了。但從未來的發展來說，Nodejs可能會更有優勢。

現在以Chrome為代表的瀏覽器的功能越來越強大，以前認為通過瀏覽器不可能完成的事兒，現在它都可以輕鬆實現。H5､ WebSocket的出現以及現在WebRTC的加入，讓大家越來越覺得以後的瀏覽器可以說是“無所不能”。因此，推動 JavaScript 語言的發展越來越迅速。這可以從現在 JavaScript 技術的火爆，以及各種層疊不窮JS FrameWork的出現得以印證。

而 Nodejs 的最大優點即是可以使用 JS 語言開發伺服器程式。這樣使得大量的前端同學可以無縫的轉到伺服器開發，甚至有可能前後端使用同一套程式碼實現。對於這一點我想無論是對個人還是對於企業都是具大的誘惑。

一方面 JS 語言的簡單性可以方便開發出各種各樣功能的服務端程式。
更可貴的是 Nodejs 的生態鏈非常的完整，有各種各樣的功能庫。你可以根據自己的需要通過安裝工具 NPM 快速的安裝，這也使它也得到了廣大開發者的喜歡。

Nodejs 現在是非常流行的 Web 伺服器，它在伺服器端使用 V8(JavaScript)引擎，通過它解析 JS 指令碼來控制伺服器的行為。這對於廣大的 JS 同學來說真是太幸福了，在10年前還很難想像可以通過 JS 指令碼語言來寫伺服器程式。

當然，如果你想對Nodejs作能力拓展的話，還是要寫C/C++庫，然後載入到 Nodejs 中去。

Nodejs的基本原理

Nodejs的工作原理如上圖所示，其核心是 V8 引擎。通過該引擎，可以讓 js 呼叫 C/C++方法或物件。相反，通過它也可能讓 C/C++ 訪問 javascript 方法和變數。

Nodejs 首先將 JavaScript 寫好的應用程式交給 V8 引擎進行解析，V8理解應用程式的語義後，再呼叫 Nodejs 底層的 C/C++ API將服務啟動起來。所以 Nodejs 的強大就在於 js 可以直接呼叫 C/C++ 的方法，使其能力可以無限擴充套件。

以開發一個 HTTP 服務為例，Nodejs 開啟偵聽的服務埠後，底層會呼叫 libuv 處理該埠的所有 http 請求。其網路事件處理如下圖所示：

當有網路請求過來時，首先會被插入到一個事件處理佇列中。libuv會監控該事件佇列，當發現有事件時，先對請求做判斷，如果是簡單的請求，就直接返回響應了；如果是複雜請求，則從執行緒池中取一個執行緒進行非同步處理；

執行緒處理完後，有兩種可能：一種是已經處理完成，則向用戶傳送響應；另一種情況是還需要進一步處理，則再生成一個事件插入到事件佇列中等待處理；事件處理就這樣迴圈往復下去，永不停歇。

兩個 V8 引擎

如上圖所示，在我們使用 Nodejs之後實際存在了兩個 V8 引擎。一個V8用於解析服務端的 JS 應用程式，它將服務啟動起來。另一個 V8 是瀏覽器中的 V8 引擎，用於控制瀏覽器的行為。

對於使用 Nodejs 的新手來說，很容易出現思維混亂，因為在服務端至少要放兩個 JS 指令碼。其中一個是服務端程式，控制 Nodejs 的行為，它由 Nodejs 的V8引擎解析處理；另一個是客戶端程式，它是要由瀏覽器請求後，下發到瀏覽器，由瀏覽器中的 V8 引擎進行解析處理。如果分不清這個，那麻煩就大了。

安裝 Nodejs

下面我們就來看看具體如何安裝 Nodejs。

安裝 Nodejs 非常的簡單:

在Ubuntu系統下執行：

apt install nodejs
複製程式碼

或在Mac 系統下執行：

brew install nodejs
複製程式碼

通過上面的步驟我們就將 Nodejs 安裝好了。我這裡安裝的 Nodejs版本為： v8.10.0 。

安裝NPM

除了安裝 Nodejs 之外，我們還要安裝NPM(Node Package Manager），也就是 Nodejs 的包管理器。它就像Ubuntu下的 apt 或Mac 系統下的brew 命令類似，是專門用來管理各種依賴庫的。

在它們沒有出現之前，我們要安裝個包特別麻煩。以Linux為例，假設要安裝一個工具，其基本步驟是:

先將這個工具的原始碼下載下來。
執行./configure 生成Makefile 檔案。
執行 make 命令對其進行編譯。
最後，執行 make install 將其安裝到指定目錄下。
如果編譯過程中發現有依賴的庫，則要對依賴庫執行前面的4步，也就是先將依賴庫安裝好，然後再來安裝該工具。

大家可以看到，以前在Linux下安裝個程式或工具是多麼的麻煩。

Linux 有了apt 之後，一切都變得簡單了。我們只要執行 apt install xxx 一條命令就好了，它會幫你完成上面的一堆操作。

對於 Nodejs的安裝包也是如此，NPM 就是相當於 Linux 下的 apt，它的出現大大提高了人們的工作效率。

NPM 的安裝像安裝 Nodejs 一樣簡單:

在Ubuntu下執行:

apt install npm
複製程式碼

或在Mac下執行：

brew install npm
複製程式碼

socket.io

此次，我們使用 Nodejs 下的 socket.io 庫來實現 WebRTC 信令伺服器。socket.io特別適合用來開發WebRTC的信令伺服器，通過它來構建信令伺服器特別的簡單，這主要是因為它內建了房間的概念。

上圖是 socket.io 與 Nodejs配合使用的邏輯關係圖，其邏輯非常簡單。socket.io 分為服務端和客戶端兩部分。服務端由 Nodejs載入後偵聽某個服務埠，客戶端要想與服務端相連，首先要載入 socket.io 的客戶端庫，然後呼叫 io.connect(); 就與服務端連上了。

需要特別強調的是 socket.io 訊息的傳送與接收。socket.io 有很多種傳送訊息的方式，其中最常見的有下面幾種，是我們必須要撐握的：

給本次連線發訊息
```
socket.emit()

複製程式碼
```
給某個房間內所有人發訊息
```
io.in(room).emit()

複製程式碼
```
除本連線外，給某個房間內所有人發訊息
```
socket.to(room).emit()

複製程式碼
```
除本連線外，給所以人發訊息
```
socket.broadcast.emit()
複製程式碼
```

訊息又該如何接收呢？

傳送 command 命令

S: socket.emit('cmd’);
C: socket.on('cmd',function(){...});
複製程式碼

送了一個 command 命令，帶 data 資料

S: socket.emit('action', data);
C: socket.on('action',function(data){...});
複製程式碼

傳送了command命令，還有兩個資料

S: socket.emit(action,arg1,arg2);
C: socket.on('action',function(arg1,arg2){...});
複製程式碼

有了以上這些知識，我們就可以實現信令資料通訊了。

搭建信令伺服器

接下來我們來看一下，如何通過 Nodejs下的 socket.io 來構建的一個伺服器：

這是客戶端程式碼，也就是在瀏覽器裡執行的程式碼。index.html：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>WebRTC client</title>
</head>
<body>
<script src='/socket.io/socket.io.js'></script>
<script src='js/client.js'></script>
</body>
</html>

複製程式碼

該程式碼十分簡單，就是在body裡引入了兩段 JS 程式碼。其中，socket.io.js 是用來與服務端建立 socket 連線的。client.js 的作用是做一些業務邏輯，並最終通過 socket 與服務端通訊。

下面是client.js的程式碼：

var isInitiator;

room = prompt('Enter room name:'); //彈出一個輸入視窗

const socket = io.connect(); //與服務端建立socket連線

if (room !== '') { //如果房間不空，則傳送 "create or join" 訊息
console.log('Joining room ' + room);
socket.emit('create or join', room);
}

socket.on('full', (room) => { //如果從服務端收到 "full" 訊息
console.log('Room ' + room + ' is full');
});

socket.on('empty', (room) => { //如果從服務端收到 "empty" 訊息
isInitiator = true;
console.log('Room ' + room + ' is empty');
});

socket.on('join', (room) => { //如果從服務端收到 “join" 訊息
console.log('Making request to join room ' + room);
console.log('You are the initiator!');
});

socket.on('log', (array) => {
console.log.apply(console, array);
});

複製程式碼

在該程式碼中：

首先彈出一個輸入框，要求使用者寫入要加入的房間。
然後，通過 io.connect() 建立與服務端的連線，
根據socket返回的訊息做不同的處理：
- 當收到房間滿"full"時的情況;
- 當收到房間空“empty"時的情況；
- 當收到加入“join"時的情況；

以上是客戶端（也就是在瀏覽器）中執行的程式碼。下面我們來看一下服務端的處理邏輯：

伺服器端程式碼，server.js：

const static = require('node-static');
const http = require('http');
const file = new(static.Server)();
const app = http.createServer(function (req, res) {
file.serve(req, res);
}).listen(2013);

const io = require('socket.io').listen(app); //偵聽 2013

io.sockets.on('connection', (socket) => {

// convenience function to log server messages to the client
function log(){ 
const array = ['>>> Message from server: ']; 
for (var i = 0; i < arguments.length; i++) {
array.push(arguments[i]);
} 
socket.emit('log', array);
}

socket.on('message', (message) => { //收到message時，進行廣播
log('Got message:', message);
// for a real app, would be room only (not broadcast)
socket.broadcast.emit('message', message); //在真實的應用中，應該只在房間內廣播
});

socket.on('create or join', (room) => { //收到 “create or join” 訊息

var clientsInRoom = io.sockets.adapter.rooms[room];
var numClients = clientsInRoom ? Object.keys(clientsInRoom.sockets).length : 0; //房間裡的人數

log('Room ' + room + ' has ' + numClients + ' client(s)');
log('Request to create or join room ' + room);

if (numClients === 0){ //如果房間裡沒人
socket.join(room);
socket.emit('created', room); //傳送 "created" 訊息
} else if (numClients === 1) { //如果房間裡有一個人
io.sockets.in(room).emit('join', room);
socket.join(room);
socket.emit('joined', room); //傳送 “joined”訊息
} else { // max two clients
socket.emit('full', room); //傳送 "full" 訊息
}
socket.emit('emit(): client ' + socket.id +
' joined room ' + room);
socket.broadcast.emit('broadcast(): client ' + socket.id +
' joined room ' + room);

});

});
複製程式碼

在服務端引入了 node-static 庫，使伺服器具有釋出靜態檔案的功能。伺服器具有此功能後，當客戶端（瀏覽器）向服務端發起請求時，伺服器通過該模組獲得客戶端（瀏覽器）執行的程式碼，也就是上我面我們講到的 index.html 和 client.js 並下發給客戶端（瀏覽器）。

服務端偵聽 2013 這個埠，對不同的訊息做相應的處理：

伺服器收到 message 訊息時，它會直接進行廣播，所有連線到該伺服器的客戶端都會收收廣播的訊息。
服務端收到 “create or join”訊息時，它會對房間裡有人數進行統計，如果房間裡沒有人，則傳送"created" 訊息；如果房間裡有一個人，傳送"join"訊息和“joined"訊息；如果超過兩個人，傳送"full"訊息。

要執行該程式，需要使用 NPM 安裝 socket.io 和 node-static ，安裝方法如下：

npm install socket.io
npm install node-static
複製程式碼

啟動伺服器並測試

通過上面的步驟我們就使用 socket.io 構建好一個伺服器，現在可以通過下面的命令將服務啟動起來了：

node server.js
複製程式碼

如果你是在本機上搭建的服務，則可以在瀏覽器中輸入 localhost:2013 ，然後新建一個tab 在裡邊再次輸入localhost:2013 。此時，開啟控制檯看看發生了什麼?

在Chrome下你可以使用快捷鍵 Command-Option-J或Ctrl-Shift-J的DevTools訪問控制檯。

小結

以上我向大家介紹了 Nodejs 的工作原理、Nodejs的安裝與佈署，以及如何使用要 sokcet.io 構建 WebRTC 信令訊息伺服器。socket.io 由於有房間的概念所以與WebRTC非常匹配，用它開發WebRTC信令伺服器非常方便。

另外，在本文中的例子只是一個簡單例子並沒有太多的實際價值。在我的《WebRTC實時互動直播技術入門與實戰》課中，會以上面的例子為基礎，教給大家如何一步一步的實現 WebRTC信令伺服器，並與 WebRTC 配合實現1對1音視訊實時互動直播系統。

Nodejs+socket.io搭建WebRTC信令伺服器

socket.io

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