websocket-cj/README.md

# simcu::websocket — 仓颉 WebSocket 库（RFC 6455）

事件回调式 WebSocket 客户端 + 接口式服务端，纯仓颉实现，仅依赖标准库 + stdx（无第三方库）。

- 组织：`simcu`
- 包名：`websocket`
- 子包：`simcu::websocket.client` / `simcu::websocket.server` / `simcu::websocket.common`
- 构建：`cjpm build`；测试：`cjpm test`（10 个端到端用例全通过）

## 功能特性

- **客户端**：`connect()` / `send()`（三重重载）/ `ping()` / `close()` / `terminate()` + 事件回调 `onOpen` / `onMessage` / `onError` / `onClose`
- **服务端**：`WebSocketServer(port)` + `addHandler(path, factory)` 按路径路由，每连接一个独立 handler 实例；`start()` / `close()`
- **链式门面**：组管理与发送统一收敛到 `ws.group(name)` / `ws.conn(connId)`，同一个功能只有一种入口
- **组管理**：入组 / 出组 / 组计数 / 组判空 / 组内连接快照 / 连接所属组 / 全部组名，连接断开自动清组
- **发送（三重重载）**：`send(message)` / `send(text)` / `send(data)` 覆盖消息对象、文本、二进制；客户端 / 连接 / 组播 / 单播 / 广播统一
- **RFC 6455 完整帧层**：掩码、分片重组、Ping/Pong、Close 握手、`maxPayload` 上限（超限 1009）
- **wss（TLS）**：`FrameStream` 基于 `StreamingSocket`，可直接包裹 `TlsSocket`（已在 BotRoleHelper 实战验证）

## 依赖引入

在项目 `cjpm.toml` 中添加：

```toml
[dependencies]
"simcu::websocket" = { path = "../websocket-cj" }
```

```cangjie
import simcu::websocket.client.WebSocketClient
import simcu::websocket.server.WebSocketServer
import simcu::websocket.server.IWebsocketHandler
import simcu::websocket.server.WebSocketConnection
import simcu::websocket.common.WebSocketMessage
```

## 目录结构

```
src/
├── websocket.cj                      # 模块锚点
├── common/
│   ├── WsTypes.cj                    # WebSocketMessage / ReadyState / WebSocketException / CloseCodes / WsEvents
│   └── FrameStream.cj                # RFC 6455 帧层（握手工具、掩码、分片重组、maxPayload）
├── client/
│   └── WebSocketClient.cj            # 客户端
├── server/
│   ├── IWebsocketHandler.cj          # 服务端 handler 接口（onConnect/onMessage/onClose/onError）
│   ├── WebSocketServer.cj            # 监听 / 握手 / 按路径路由 / 广播 / 组存储
│   ├── WebSocketSenders.cj           # 链式门面（组管理 + 组播/单播发送的实现）
│   └── WebSocketConnection.cj        # 服务端单条连接
└── tests/
    └── websocket_test.cj             # 端到端集成测试
```

## 客户端 API

```cangjie
let client = WebSocketClient("127.0.0.1", 8080, path: "/ws", maxPayload: 65536)

// 事件回调（连接建立后触发）
client.onOpen    = { => ... }                          // 握手完成
client.onMessage = { m: WebSocketMessage => ... }      // 收到消息（m.text / m.bytes / m.type）
client.onError   = { e: Exception => ... }             // 运行时错误（WebSocketException 含 .code）
client.onClose   = { code: Int64, reason: String => ... } // 关闭，携带关闭码与原因

client.connect(timeout: Duration.second * 30) // 建立连接；握手失败抛 WebSocketException
client.send(WebSocketMessage)                 // 发送消息对象
client.send("hello")                          // 发送文本（String 重载）
client.send(byteArray)                        // 发送二进制（Array<Byte> 重载）
client.ping()                                 // 心跳（服务端自动回 Pong）
client.close(code: 1000, reason: "bye")       // 关闭握手，5 秒兜底强制断开
client.terminate()                            // 立即断开（对端收 1006）

client.readyState                             // Connecting / Open / Closing / Closed
client.isOpen()
```

构造参数：

| 参数 | 默认 | 说明 |
|---|---|---|
| `host: String` | — | 服务端主机（IP 或域名） |
| `port: UInt16` | — | 服务端端口 |
| `path: String` | `"/"` | 请求路径 |
| `maxPayload: Int64` | `65536` | 单条消息最大字节数，超出触发 `onError(code=1009)` |

## 服务端 API

```cangjie
let server = WebSocketServer(8080)              // 端口，0 表示随机空闲端口
server.addHandler("/ws") { => MyHandler() }     // 路径 -> 工厂，每次握手创建独立 handler 实例
server.start()                                  // 开始监听（异步 accept）
...
server.close()                                  // 停止监听并断开所有连接

server.localPort          // 实际监听端口（端口 0 时用）
server.connectionCount    // 当前在线连接数
server.broadcast("hi-all")                      // 广播文本
server.broadcast(bytes)                         // 广播二进制
server.groups()                                 // 所有组名（快照）
```

构造参数：

| 参数 | 默认 | 说明 |
|---|---|---|
| `port: Int64` | — | 监听端口，`0` 表示随机空闲端口（`start` 后读 `localPort`） |
| `maxPayload: Int64` | `65536` | 单条消息最大字节数 |

### Handler 接口

`IWebsocketHandler` 只关心连接生命周期回调；端点路径由 `addHandler(path, factory)` 注册时指定，handler 自身不感知。每个连接在握手成功时由工厂创建一个独立的 handler 实例，因此 handler 内可持有该连接的会话状态（如 connectionId / 组信息），但不要持有会跨连接共享的 scoped 服务。

```cangjie
public interface IWebsocketHandler {
    func onConnect(conn: WebSocketConnection): Unit
    func onMessage(conn: WebSocketConnection, msg: WebSocketMessage): Unit
    func onClose(conn: WebSocketConnection, code: Int64, reason: String): Unit
    func onError(conn: WebSocketConnection, e: Exception): Unit
}
```

实现示例：

```cangjie
class MyHandler <: IWebsocketHandler {
    public override func onConnect(conn: WebSocketConnection): Unit {
        conn.joinGroup("authed")                      // 握手成功即入组
    }

    public override func onMessage(conn: WebSocketConnection, msg: WebSocketMessage): Unit {
        conn.send("echo: ${msg.text.getOrThrow()}")   // send 三重重载：String / Array<Byte> / WebSocketMessage
    }

    public override func onClose(conn: WebSocketConnection, code: Int64, reason: String): Unit {
        () // 连接断开由 server 自动清组，无需手动处理
    }

    public override func onError(conn: WebSocketConnection, e: Exception): Unit {
        ()
    }
}
```

### 链式门面（组管理 + 发送）

组管理与发送的全部实现收敛在链式门面中，`WebSocketServer` 上不再暴露散落的组管理方法：

```cangjie
// 组管理
server.group("room").join(conn)           // 入组（组不存在自动创建），也支持 join(connId)
server.group("room").leave(conn)          // 出组（组空自动删除），也支持 leave(connId)
server.group("room").count()              // 组内连接数
server.group("room").isEmpty()            // 组是否为空
server.group("room").connIds()            // 组内连接Id快照

// 组播 / 单播 / 广播（send 三重重载：WebSocketMessage / String / Array<Byte>）
server.group("room").send("hi").send(bytes)
server.conn(connId).send("hi")            // 连接不存在则静默忽略
server.broadcast("hi-all")

// 查询
server.conn(connId).groups()              // 连接所属的所有组名
server.groups()                           // 所有组名
```

组为空时自动删除；连接断开由 server 自动从所有组移除，无需手动清理。

### 连接级 API

```cangjie
conn.send(message) / conn.send(text) / conn.send(bytes)   // 三重重载
conn.ping()                                               // 心跳
conn.close(code: 4000, reason: "svr")                     // 关闭握手
conn.terminate()                                          // 立即断开
conn.joinGroup("room") / conn.leaveGroup("room")          // 连接自己入组/出组（经门面实现）
conn.connectionId                                         // 唯一连接Id
conn.readyState / conn.isOpen()
conn.remoteAddress                                        // "ip:port"
conn.requestPath                                          // 握手请求路径
conn.requestQuery                                         // 握手请求 query
```

## 底层帧 API（common 子包）

高层 client/server 已封装全部帧逻辑；需要自定义握手、代理或 wss 包裹时，可直接使用 `FrameStream`（lurmix 的 BotRoleHelper 即基于它实现）：

```cangjie
import simcu::websocket.common.FrameStream

// 构造：包裹 TCP（或 TLS）流；客户端必须 maskOutgoing=true，服务端 false
let fs = FrameStream(conn, maxPayload, true)

// 握手工具
FrameStream.generateWebSocketKey()          // 生成 Sec-WebSocket-Key
FrameStream.computeAccept(key)              // 计算 Sec-WebSocket-Accept
FrameStream.parseClosePayload(payload)      // 解析 close 帧 -> (code, reason)

// 读写
fs.readHttpHeader()                         // 读 HTTP 头（到 \r\n\r\n），帧字节保留在缓冲
fs.readMessage()                            // 读一条完整消息：分片重组、自动回 Pong；返回 ?WsFrame
fs.writeText(text) / fs.writeBinary(data)
fs.writeFrame(opcode, payload)              // 发送任意 opcode 帧
fs.writePing(payload) / fs.writePong(payload)
fs.writeClose(code, reason)
fs.close()                                  // 关闭底层流
fs.remoteAddress()                          // 远端 SocketAddress
```

`WsFrame` 字段：`fin: Bool`、`opcode: Int64`（1=text，2=binary，8=close）、`payload: Array<Byte>`。
`readMessage()` 返回 `None` 表示对端关闭/EOF；收到 close 帧时已自动回写 close 并关闭流。

### wss（TLS）示例

```cangjie
import stdx.net.tls.*
import stdx.net.tls.common.*

let tcp = TcpSocket(host, port)
tcp.connect(timeout: Duration.second * 30)
var tls = TlsClientConfig()
tls.verifyMode = CertificateVerifyMode.TrustAll
tls.serverName = Some(host)
let tlsSocket = TlsSocket.client(tcp, session: None, clientConfig: tls)
tlsSocket.handshake(timeout: Duration.second * 30)
let fs = FrameStream(tlsSocket, maxPayload, true) // 客户端掩码 + TLS 包裹 = wss
```

完整实战示例见 `lemon-lurmix-cj/src/helpers/BotRoleHelper.cj`。

## 消息与错误码

```cangjie
// WebSocketMessage
m.type      // MessageType.Text / Binary
m.bytes     // 原始 payload
m.text      // 文本内容（二进制消息返回 None）
WebSocketMessage.fromText("hi") / fromBinary(bytes)

// WebSocketException（异常含 RFC 6455 关闭码）
ex.code     // 1002 协议错误 / 1009 消息过大 / 1006 对端异常断开 ...
CloseCodes.messageTooBig  // 常用关闭码常量
```

## 测试覆盖

| 用例 | 验证点 |
|---|---|
| echoText | 客户端发送 → 服务端回声 → 客户端收到 |
| broadcast | 双客户端广播均收到 |
| closeHandshake | client.close(1000, "bye") 双端 onClose 收到 (1000, "bye") |
| serverClose | conn.close(4000, "svr") → 客户端收 (4000, "svr") |
| terminate | client.terminate() → 服务端收 (1006, "") |
| ping | 心跳后连接仍可收发 |
| pathRoute | 按路径路由：/ws 命中 handler，其他路径拒绝 |
| maxPayload | 超限触发 onError(code=1009) |
| groupMulticast | 组播两连接均收到；连接断开自动退组、组计数减一 |
| unicast | conn(connId).send 只发到指定连接，另一连接收不到 |

## API 演进记录

对照最初需求（connect/send/close + onOpen/onMessage/onError/onClose），已补齐：

- **接口式服务端**：`WebSocketServer(port)` + `addHandler(path, factory)`，按路径路由，每连接独立 handler 实例
- **send 三重重载**：`send(WebSocketMessage)` / `send(String)` / `send(Array<Byte>)` 全库统一（客户端 / 连接 / 门面 / 广播），不再有 sendText / sendBinary / broadcastText 等散落命名
- **链式门面**：`ws.group(name)` / `ws.conn(connId)` 收敛组管理与发送，同一个功能只有一种入口
- **组管理**：join / leave / count / isEmpty / connIds / groupsOf / groups + 连接断开自动清组
- **ping()**：心跳保活
- **close(code, reason)**：携带关闭码与原因的关闭握手；onClose 回调带 (code, reason)
- **readyState / isOpen() / connectionId / remoteAddress / requestPath / requestQuery**：连接状态与元信息
- **localPort / connectionCount**：服务端元信息
- **maxPayload**：单条消息上限，超限报 1009

## 尚未实现（后续方向）

- **子协议协商（Sec-WebSocket-Protocol）**：握手阶段携带子协议并校验
- **自动定时心跳**：目前为手动 `ping()`，未内置保活定时器
- **分片发送**：接收侧已支持分片重组；发送侧未提供手动分片 API
- **压缩扩展（permessage-deflate）**