如何用 C 实现HTTP Keep Alive和 Websockets 功能代码？

HTTP Keep Alive

HTTP Keep Alive 是 HTTP 协议的一个重要特性，它允许在同一 TCP 连接上发送和接收多个 HTTP 请求/响应，而不是每次请求都重新建立连接。这样做可以提高网络通信的效率和性能。

在 C 语言中实现 HTTP Keep Alive，通常需要使用 socket 编程，并在 HTTP 请求头中明确指示 Connection: keep-alive。下面是一个简单的例子，展示如何在 C 语言中使用 socket 实现带有 Keep Alive 功能的 HTTP 客户端。

c
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {
    int sock;
    struct sockaddr_in server;
    char message[1000], server_reply[2000];

    // 创建 socket
    sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sock == -1) {
        printf("Could not create socket");
    }
    puts("Socket created");

    server.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.1"); // 服务器 IP
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_port = htons(80); // HTTP 端口

    // 连接到远程服务器
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) < 0) {
        perror("Connect failed. Error");
        return 1;
    }

    puts("Connected\n");

    // 发送 HTTP 请求
    strcpy(message, "GET / HTTP/1.1\r\nHost: example.com\r\nConnection: keep-alive\r\n\r\n");
    if (send(sock, message, strlen(message), 0) < 0) {
        puts("Send failed");
        return 1;
    }

    // 接收服务器回复
    if (recv(sock, server_reply, 2000, 0) < 0) {
        puts("recv failed");
        return 1;
    }

    puts("Server reply :");
    puts(server_reply);

    // 保持连接，按需进行后续通信...

    close(sock);
    return 0;
}

Websockets

Websockets 提供了在客户端和服务器之间进行全双工通信的能力。在 C 语言中，实现 Websockets 涉及到使用正确的 Websockets 握手，然后在同一连接上进行数据帧的发送和接收。

实现 Websockets 的完整代码比较复杂，但基本步骤包括：

1. 创建 TCP Socket 连接。
2. 发送 Websocket 握手请求（包括正确的 Upgrade 和 Connection 请求头）。
3. 解析响应，确保服务器接受了 Websocket 升级。
4. 发送和接收 Websocket 数据帧。

给出一个简化的代码示例，主要展示如何发送 Websocket 握手请求：

c
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int sock;
    struct sockaddr_in server;
    char message[1024], server_reply[2000];

    // 创建 socket
    sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sock == -1) {
        printf("Could not create socket\n");
        return 1;
    }
    printf("Socket created\n");

    server.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.1");
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_port = htons(80);

    // Connect to remote server
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) < 0) {
        perror("Connect failed. Error");
        return 1;
    }

    printf("Connected\n");

    // Send Websocket upgrade request
    strcpy(message, "GET /chat HTTP/1.1\r\n");
    strcat(message, "Host: example.com\r\n");
    strcat(message, "Upgrade: websocket\r\n");
    strcat(message, "Connection: Upgrade\r\n");
    strcat(message, "Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==\r\n");
    strcat(message, "Sec-WebSocket-Version: 13\r\n\r\n");

    if (send(sock, message, strlen(message), 0) < 0) {
        puts("Send failed");
        return 1;
    }

    // Receive a reply from the server
    if (recv(sock, server_reply, 2000, 0) < 0) {
        puts("recv failed");
        return 1;
    }

    puts("Server reply :");
    puts(server_reply);

    // Close the socket
    close(sock);
    return 0;
}

这两个示例提供了在 C 语言中实现 HTTP Keep Alive 和 Websockets 功能的基本框架。在开发完整的应用时，还需要考虑错误处理、更复杂的数据交换和安全性等问题。

HTTP Keep Alive 在 C 中的实现

HTTP Keep Alive 是一种机制，允许同一个TCP连接上发送和接收多个HTTP请求/响应，而不是每次请求都重新建立连接。在 C 语言中实现这一机制，通常需要在HTTP响应中设置 Connection: keep-alive 头部，并在服务器端保持连接开启状态，直到客户端关闭连接或服务器决定关闭连接。

c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int opt = 1;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
    char *http_response = "HTTP/1.1 200 OK\nContent-Type: text/plain\nConnection: keep-alive\n\nHello, world!";

    // 创建 socket 文件描述符
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 附加 socket 到端口8080
    if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) {
        perror("setsockopt");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(PORT);

    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address))<0) {
        perror("bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        perror("listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    while(1) {
        if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen))<0) {
            perror("accept");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        read(new_socket, buffer, BUFFER_SIZE);
        printf("%s\n", buffer);
        send(new_socket, http_response, strlen(http_response), 0);
        // 注意：为了保持连接，我们不会在这里关闭 new_socket
    }

    return 0;
}

在 C 中实现 Websockets

Websockets 提供了在单个长连接上进行全双工通信的能力，通常用于网页和服务器之间的实时数据交换。在 C 语言中实现 Websockets 涉及到更多的复杂性，例如需要处理握手协议和帧控制。

c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#define PORT 8080

void error(const char *msg) {
    perror(msg);
    exit(1);
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    int sockfd, newsockfd;
    socklen_t clilen;
    char buffer[1024];
    struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr;
    int n;

    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0) 
        error("ERROR opening socket");
    
    bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    serv_addr.sin_port = htons(PORT);
    
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) 
        error("ERROR on binding");
    
    listen(sockfd, 5);
    clilen = sizeof(cli_addr);

    newsockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *) &cli_addr, &clilen);
    if (newsockfd < 0) 
        error("ERROR on accept");

    bzero(buffer,1024);
    n = read(newsockfd, buffer, 1023);
    if (n < 0) error("ERROR reading from socket");
    printf("Here is the message: %s\n", buffer);

    n = write(newsockfd, "I got your message", 18);
    if (n < 0) error("ERROR writing to socket");

    close(newsockfd);
    close(sockfd);
    return 0; 
}

这个示例代码展示了如何创建一个 WebSocket 服务器的框架，但需要额外的代码来处理 WebSocket 的握手和数据帧，这通常涉及到更多的细节，如解析 HTTP 请求头，生成与解析特定的控制帧等。对于完整的 WebSocket 服务器实现，您可能需要使用专门的库，如 libwebsocket。