基于 Serverless 与 Websocket 的聊天工具实现

传统业务实现 Websocket 并不难，然而函数计算基本上都是事件驱动，不支持长链接操作。如果将函数计算与 API 网关结合，是否可以有 Websocket 的实现方案呢？

API 网关触发器实现 Websocket

WebSocket 协议是基于 TCP 的一种新的网络协议。它实现了浏览器与服务器全双工 (full-duplex) 通信，即允许服务器主动发送信息给客户端。WebSocket 在服务端有数据推送需求时，可以主动发送数据至客户端。而原有 HTTP 协议的服务端对于需推送的数据，仅能通过轮询或 long poll 的方式来让客户端获得。

由于云函数是无状态且以触发式运行，即在有事件到来时才会被触发。因此，为了实现 WebSocket，云函数 SCF 与 API 网关相结合，通过 API 网关承接及保持与客户端的连接。您可以认为云函数与 API 网关一起实现了服务端。当客户端有消息发出时，会先传递给 API 网关，再由 API 网关触发云函数执行。当服务端云函数要向客户端发送消息时，会先由云函数将消息 POST 到 API 网关的反向推送链接，再由 API 网关向客户端完成消息的推送。

具体的实现架构如下：

实现架构

对于 WebSocket 的整个生命周期，主要由以下几个事件组成：

连接建立：客户端向服务端请求建立连接并完成连接建立；
数据上行：客户端通过已经建立的连接向服务端发送数据；
数据下行：服务端通过已经建立的连接向客户端发送数据；
客户端断开：客户端要求断开已经建立的连接；
服务端断开：服务端要求断开已经建立的连接。

对于 WebSocket 整个生命周期的事件，云函数和 API 网关的处理过程如下：

连接建立：客户端与 API 网关建立 WebSocket 连接，API 网关将连接建立事件发送给 SCF；
数据上行：客户端通过 WebSocket 发送数据，API 网关将数据转发送给 SCF；
数据下行：SCF 通过向 API 网关指定的推送地址发送请求，API 网关收到后会将数据通过 WebSocket 发送给客户端；
客户端断开：客户端请求断开连接，API 网关将连接断开事件发送给 SCF；
服务端断开：SCF 通过向 API 网关指定的推送地址发送断开请求，API 网关收到后断开 WebSocket 连接。

因此，云函数与 API 网关之间的交互，需要由 3 类云函数来承载：

注册函数：在客户端发起和 API 网关之间建立 WebSocket 连接时触发该函数，通知 SCF WebSocket 连接的 secConnectionID。通常会在该函数记录 secConnectionID 到持久存储中，用于后续数据的反向推送；
清理函数：在客户端主动发起 WebSocket 连接中断请求时触发该函数，通知 SCF 准备断开连接的 secConnectionID。通常会在该函数清理持久存储中记录的该 secConnectionID；
传输函数：在客户端通过 WebSocket 连接发送数据时触发该函数，告知 SCF 连接的 secConnectionID 以及发送的数据。通常会在该函数处理业务数据。例如，是否将数据推送给持久存储中的其他 secConnectionID。

Websocket 功能实现

根据腾讯云官网提供的该功能的整体架构图：

整体架构图

这里我们可以使用对象存储 COS 作为持久化的方案，当用户建立链接存储 ConnectionId 到 COS 中，当用户断开连接删除该链接 ID。

其中注册函数：

代码语言：javascript复制

# -*- coding: utf8 -*-
import os
from qcloud_cos_v5 import CosConfig
from qcloud_cos_v5 import CosS3Client

bucket = os.environ.get('bucket')
region = os.environ.get('region')
secret_id = os.environ.get('secret_id')
secret_key = os.environ.get('secret_key')
cosClient = CosS3Client(CosConfig(Region=region, SecretId=secret_id, SecretKey=secret_key))


def main_handler(event, context):
    print("event is %s" % event)

    connectionID = event['websocket']['secConnectionID']

    retmsg = {}
    retmsg['errNo'] = 0
    retmsg['errMsg'] = "ok"
    retmsg['websocket'] = {
        "action": "connecting",
        "secConnectionID": connectionID
    }

    cosClient.put_object(
        Bucket=bucket,
        Body='websocket'.encode("utf-8"),
        Key=str(connectionID),
        EnableMD5=False
    )

    return retmsg

传输函数：

代码语言：javascript复制

# -*- coding: utf8 -*-
import os
import json
import requests
from qcloud_cos_v5 import CosConfig
from qcloud_cos_v5 import CosS3Client

bucket = os.environ.get('bucket')
region = os.environ.get('region')
secret_id = os.environ.get('secret_id')
secret_key = os.environ.get('secret_key')
cosClient = CosS3Client(CosConfig(Region=region, SecretId=secret_id, SecretKey=secret_key))

sendbackHost = os.environ.get("url")


def Get_ConnectionID_List():
    response = cosClient.list_objects(
        Bucket=bucket,
    )
    return [eve['Key'] for eve in response['Contents']]


def send(connectionID, data):
    retmsg = {}
    retmsg['websocket'] = {}
    retmsg['websocket']['action'] = "data send"
    retmsg['websocket']['secConnectionID'] = connectionID
    retmsg['websocket']['dataType'] = 'text'
    retmsg['websocket']['data'] = data
    requests.post(sendbackHost, json=retmsg)


def main_handler(event, context):
    print("event is %s" % event)

    connectionID_List = Get_ConnectionID_List()
    connectionID = event['websocket']['secConnectionID']
    count = len(connectionID_List)
    data = event['websocket']['data']   "(===Online people:"   str(count)   "===)"
    for ID in connectionID_List:
        if ID != connectionID:
            send(ID, data)

    return "send success"

清理函数：

代码语言：javascript复制

# -*- coding: utf8 -*-
import os
import requests
from qcloud_cos_v5 import CosConfig
from qcloud_cos_v5 import CosS3Client

bucket = os.environ.get('bucket')
region = os.environ.get('region')
secret_id = os.environ.get('secret_id')
secret_key = os.environ.get('secret_key')
cosClient = CosS3Client(CosConfig(Region=region, SecretId=secret_id, SecretKey=secret_key))

sendbackHost = os.environ.get("url")


def main_handler(event, context):
    print("event is %s" % event)

    connectionID = event['websocket']['secConnectionID']

    retmsg = {}
    retmsg['websocket'] = {}
    retmsg['websocket']['action'] = "closing"
    retmsg['websocket']['secConnectionID'] = connectionID
    requests.post(sendbackHost, json=retmsg)

    cosClient.delete_object(
        Bucket=bucket,
        Key=str(connectionID),
    )

    return event

Yaml 文件如下：

代码语言：javascript复制

Conf:
  component: "serverless-global"
  inputs:
    region: ap-guangzhou
    bucket: chat-cos-1256773370
    secret_id: 
    secret_key: 

myBucket:
  component: '@serverless/tencent-cos'
  inputs:
    bucket: ${Conf.bucket}
    region: ${Conf.region}

restApi:
  component: '@serverless/tencent-apigateway'
  inputs:
    region: ${Conf.region}
    protocols:
      - http
      - https
    serviceName: ChatDemo
    environment: release
    endpoints:
      - path: /
        method: GET
        protocol: WEBSOCKET
        serviceTimeout: 800
        function:
          transportFunctionName: ChatTrans
          registerFunctionName: ChatReg
          cleanupFunctionName: ChatClean


ChatReg:
  component: "@serverless/tencent-scf"
  inputs:
    name: ChatReg
    codeUri: ./code
    handler: reg.main_handler
    runtime: Python3.6
    region:  ${Conf.region}
    environment:
      variables:
        region: ${Conf.region}
        bucket: ${Conf.bucket}
        secret_id: ${Conf.secret_id}
        secret_key: ${Conf.secret_key}
        url: http://set-gwm9thyc.cb-guangzhou.apigateway.tencentyun.com/api-etj7lhtw

ChatTrans:
  component: "@serverless/tencent-scf"
  inputs:
    name: ChatTrans
    codeUri: ./code
    handler: trans.main_handler
    runtime: Python3.6
    region:  ${Conf.region}
    environment:
      variables:
        region: ${Conf.region}
        bucket: ${Conf.bucket}
        secret_id: ${Conf.secret_id}
        secret_key: ${Conf.secret_key}
        url: http://set-gwm9thyc.cb-guangzhou.apigateway.tencentyun.com/api-etj7lhtw

ChatClean:
  component: "@serverless/tencent-scf"
  inputs:
    name: ChatClean
    codeUri: ./code
    handler: clean.main_handler
    runtime: Python3.6
    region:  ${Conf.region}
    environment:
      variables:
        region: ${Conf.region}
        bucket: ${Conf.bucket}
        secret_id: ${Conf.secret_id}
        secret_key: ${Conf.secret_key}
        url: http://set-gwm9thyc.cb-guangzhou.apigateway.tencentyun.com/api-etj7lhtw

注意，这里需要先部署 API 网关。当部署完成，获得回推地址，将回推地址以 url 的形式写入到对应函数的环境变量中：

理论上应该是可以通过 ${restApi.url[0].internalDomain} 自动获得到 url 的，但是我并没有成功获得到这个 url，只能先部署 API 网关，获得到这个地址之后，再重新部署。

部署完成之后，我们可以编写 HTML 代码，实现可视化的 Websocket Client，其核心的 JavaScript 代码为：

代码语言：javascript复制

window.onload = function () {
    var conn;
    var msg = document.getElementById("msg");
    var log = document.getElementById("log");

    function appendLog(item) {
        var doScroll = log.scrollTop === log.scrollHeight - log.clientHeight;
        log.appendChild(item);
        if (doScroll) {
            log.scrollTop = log.scrollHeight - log.clientHeight;
        }
    }

    document.getElementById("form").onsubmit = function () {
        if (!conn) {
            return false;
        }
        if (!msg.value) {
            return false;
        }
        conn.send(msg.value);
        //msg.value = "";
		
		var item = document.createElement("div");
		item.innerText = "发送↑:";
		appendLog(item);
		
		var item = document.createElement("div");
		item.innerText = msg.value;
		appendLog(item);
		
        return false;
    };

    if (window["WebSocket"]) {
        //替换为websocket连接地址
        conn = new WebSocket("ws://service-01era6ni-1256773370.gz.apigw.tencentcs.com/release/");
        conn.onclose = function (evt) {
            var item = document.createElement("div");
            item.innerHTML = "<b>Connection closed.</b>";
            appendLog(item);
        };
        conn.onmessage = function (evt) {
			var item = document.createElement("div");
			item.innerText = "接收↓:";
			appendLog(item);
		
            var messages = evt.data.split('n');
            for (var i = 0; i < messages.length; i  ) {
                var item = document.createElement("div");
                item.innerText = messages[i];
                appendLog(item);
            }
        };
    } else {
        var item = document.createElement("div");
        item.innerHTML = "<b>Your browser does not support WebSockets.</b>";
        appendLog(item);
    }
};

完成之后，我们打开两个页面，进行测试：