WebRTC不但可以让你进行音视频通话,而且还可以用它传输普通的二进制数据,比如说可以利用它实现文本聊天、文件的传输等等。

WebRTC的数据通道(RTCDataChannel)是专门用来传输除了音视频数据之外的任何数据,所以它的应用非常广泛,如实时文字聊天、文件传输、远程桌面、游戏控制、P2P加速等都是它的应用场景。

像文本聊天、文件传输这类应用,大多数人能想到的通常是通过服务器中转数据的方案,但 WebRTC 则优先使用的是P2P方案,即两端之间直接传输数据,这样就大大减轻了服务器的压力。当然WebRTC也可以采用中继的方案,这就需要你根据自己的业务需要进行选择,非常灵活。

RTCDataChannel 介绍

RTCDataChannel 就是 WebRTC 中专门用来传输非音视频数据的类,它的设计模仿了WebSocket 的实现,使用起来非常方便,关于这一点我将在下面的“RTCDataChannel 的事件” 部分向你做更详细的介绍。

另外,RTCDataChannel 支持的数据类型也非常多,包括:字符串、Blob、ArrayBuffer 以及 ArrayBufferView。

实际上,关于这几种类型的联系与区别我在前面《04 | 可以把采集到的音视频数据录制下来吗?》一文中已经向你做过详细的介绍,如果你现在记不清了,可以再去回顾一下。

WebRTC 的 RTCDataChannel 使用的传输协议为 SCTP,即 Stream Control Transport Protocol。下面图表表示的就是在 TCP、UDP 及 SCTP等不同传输模式下,数据传输的可靠性、传递方式、流控等信息的对比:

RTCDataChannel 既可以在可靠的、有序的模式下工作,也可在不可靠的、无序的模式下工作,具体使用哪种模式可以根据用户的配置来决定。下面我们来看看它们之间的区别。

那接下来我们就来看一下到底该如何配置 RTCDataChannle 对象吧。

配置 RTCDataChannel

在创建 RTCDataChannel 对象之前,首先要创建 RTCPeerConnection 对象,因为 RTCDataChannel 对象是由 RTCPeerConnection 对象生成的。有了 RTCPeerConnection 对象后,调用它的 createDataChannel 方法,就可以将 RTCDataChannel 创建出来了。具体操作如下:

...
var pc = new RTCPeerConnection(); //创建 RTCPeerConnection 对象
var dc = pc.createDataChannel("dc", options); //创建 RTCDataChannel对象
...

从上面的代码中可以看到 RTCDataChannel 对象是由 RTCPeerConnection 对象创建的,在创建 RTCDataChannel 对象时有两个参数。

var options = {
	ordered: false,
	maxPacketLifeTime: 3000
};

其实options可以指定很多选项,比如像上面所设置的,指定了创建的 RTCDataChannel 是否是有序的,以及最大的存活时间。

下面我就向你详细介绍一下 options 所支持的选项。

在上面的选项中,前三项是经常使用的,也是你要重点搞清楚的。不过需要特别说明的是, maxRetransmits 与 maxPacketLifeTime 是互斥的,也就是说这两者不能同时存在,只能二选一。

RTCDataChannel 的事件

RTCDataChannel 的事件处理与 WebSocket 的事件处理非常相似,RTCDataChannel 在打开、关闭、接收到消息以及出错时都会有接收到事件。

而当你在使用 RTCDataChannel 时,对上面所描述的这些事件都要进行处理,所以就形成了下面这样的代码模板:

...
dc.onerror = (error)=> { //出错
	...
};

dc.onopen = ()=> {//打开
	...
};

dc.onclose = () => {//关闭
	...
};

dc.onmessage = (event)=>{//收到消息
	...
};
...

所以在使用 RTCDataChannel 对象时,你只要按上面的模板逐一实现其逻辑就好了,是不是很简单?

实时文字聊天

有了上面的知识,下面我们就来看一个具体的例子,看看如何通过 RTCDataChannel 对象实现一个实时文字聊天应用

你可以想像这样一个场景,在两台不同的 PC 上(一个称为 A,另一个称为B),用户打开浏览器,在页面上显示两个textarea,一个作为文本输入框,另一个作为聊天记录的显示框。如下图所示:

文本聊天图

当A向B发消息时,JavaScript会从输入框中提取文本,然后通过RTCDataChannel发送出去。实际上,文本通过 RTCDataChannel 发送出去后,最终是经过 RTCPeerConnection 传送出去的。同理,B向A发送文本数据时也是同样的流程。另一方面,当B收到A发送过来的文本数据后,也要通过RTCDataChannel对象来接收文本数据。

对于 RTCDataChannel 对象的创建主要有In-band协商和Out-of-band协商两种方式。

1. In-band 协商方式

此方式是默认方式。那什么是 In-band 协商方式呢?假设通信双方中的一方调用 createDataChannel 创建 RTCDataChannel 对象时,将 options 参数中的 negotiated 字段设置为false,则通信的另一方就可以通过它的 RTCPeerConnection 对象的 ondatachannel 事件来得到与对方通信的 RTCDataChannel 对象了,这种方式就是 In-band 协商方式。

那In-band 协商方式到底是如何工作的呢?下面我们就来详细描述一下。

该方法的优势是 RTCDataChannel 对象可以在需要时自动创建,不需要应用程序做额外的逻辑处理

2. Out-of-band 协商方式

RTCDataChannel 对象还能使用 Out-of-band 协商方式创建,这种方式不再是一端调用 createDataChannel,另一端监听 ondatachannel 事件,从而实现双方的数据通信;而是两端都调用 createDataChannel 方法创建 RTCDataChannel 对象,再通过 ID 绑定来实现双方的数据通信。具体步骤如下:

这种方法的优势是,B端不需等待有消息发送来再创建RTCDataChannel对象,所以双方发送数据时不用考虑顺序问题,即谁都可以先发数据,这是与In-band方式的最大不同,这也使得应用代码变得简单,因为你不需要处理 ondatachannel 事件了。

另外,需要注意的是,你选的 ID 不能是任意值。ID值是从0开始计数的,也就是说你第一次创建的 RTCDataChannel 对象的 ID 是0,第二个是 1,依次类推。所以这些ID只能与WebRTC实现协商的SCTP流数量一样,如果你使用的 ID 太大了,而又没有那么多的 SCTP 流的话,那么你的数据通道就不能正常工作了。

具体例子

了解完相关理论后,接下来我们就实践起来,结合具体例子将这些理论应用起来。

在本文的例子中,我们使用的是 In-band 协商方式来创建 RTCDataChannel 对象。下面我们就来一步一步操作,看看一个文本聊天应用是如何实现的。

1. 添加事件

为页面上的每个按钮添加 onclick 事件,具体如下面的示例代码所示:

  var startButton = document.querySelector('button#startButton');
  var callButton = document.querySelector('button#callButton');
  var sendButton = document.querySelector('button#sendButton');
  var closeButton = document.querySelector('button#closeButton');

  startButton.onclick = connectServer; //createConnection;
  callButton.onclick = call;
  sendButton.onclick = sendData;
  closeButton.onclick = closeDataChannels;

在这个段代码中定义了 4 个 button,其中 Start 按钮用于与信令服务器建立连接;Call 用于创建 RTCDataChannel 对象;Send 用于发送文本数据;Close用于关闭连接释放资源。

2. 创建连接

用户在页面上点击 Start 按钮时,会调用 connectServer 方法。具体代码如下:

  function connectServer(){
  
    socket = io.connect();  //与服务器建立连接
	 
	 ...

	 socket.on('created', function(room) { //第一个用户加入后收到的消息
	   createConnection();
	 });
    
	 socket.on('joined', function(room) { //第二个用户加入后收到的消息
	   createConnection();
	 });

	 ...
  }

从代码中可以看到,connectServer 函数首先调用 io.connect() 连接信令服务器,然后再根据信令服务器下发的消息做不同的处理。

需要注意的是,在本例中我们使用了 socket.io 库与信令服务器建立连接。

如果消息是 createdjoined,则调用 createConnection 创建 RTCPeerConnection。其代码如下:

  var servers = {'iceServers': [{
	      'urls': 'turn:youdomain:3478',
	      'credential': "passwd",
	      'username': "username"
	    }]
  };
 
  pc = new RTCPeerConnection(servers, pcConstraint);
  pc.onicecandidate = handleIceCandidate; //收集候选者
  pc.ondatachannel = onDataChannelAdded;  //当对接创建数据通道时会回调该方法。

通过上面的代码就将 RTCPeerConnection对象创建好了。

3. 创建 RTCDataChannel

当用户点击 Call 按钮时,会创建RTCDataChannel,并发送 offer。具体代码如下:

  dc = pc.createDataChannel('sendDataChannel',
	    dataConstraint); //一端主动创建 RTCDataChannel
  
  ...
  dc.onmessage = receivedMessage; //当有文本数据来时,回调该函数。
	 
  pc.createOffer(setLocalAndSendMessage,
        onCreateSessionDescriptionError); //创建offer,如果成功,则在 setLocalAndSendMessage 函数中将 SDP 发送给远端

当其中一方创建了 RTCDataChannel 且通信双方完成了媒体协商、交换了 SDP 之后,另一端收到发送端的消息,ondatachannel 事件就会被触发。此时就会调用它的回调函数onDataChannelAdded ,通过 onDataChannelAdded 函数的参数 event 你就可以获取到另一端的 RTCDataChannel 对象了。具体如下所示:

  function onDataChannelAdded(event) {
      dc = event.channel;
      dc.onmessage = receivedMessage;
      ...
  }

至此,双方就可以通过 RTCDataChannel 对象进行双向通信了。

4. 数据的发送与接收

数据的发送非常简单,当用户点击 Send 按钮后,文本数据就会通过 RTCDataChannel 传输到远端。其代码如下:

  function sendData() {
      var data = dataChannelSend.value;
      dc.send(data);
  }

而对于接收数据,则是通过 RTCDataChannel 的 onmessage 事件实现的。当该事件触发后,会调用 receivedMessage 方法。通过其参数就可以获取到对端发送的文本数据了。具体代码如下:

  function receivedMessage(e) {
      var msg = e.data;
      if (msg) {
          dataChannelReceive.value += "<- " + msg + "\n";
      } 
  };

以上就是文本聊天的大体逻辑。具体的代码你可以到(文末的)GitHub链接上获取。

小结

本文我们结合具体的例子——实时文字聊天,向你详细介绍了如何使用 RTCDataChannel 进行非音视频数据的传输。

RTCDataChannel的创建有两种方式,一种是默认的In-band协商方式,另一种是Out-of-band协商方式。在本文例子的实践部分,我们主要应用的是第一种方式。但一般情况下我更推荐使用第二种方式,因为它更高效、更简洁。

另外,在使用 RTCDataChannel 时,还有两点你需要注意:

  1. RTCDataChannel对象的创建要在媒体协商(offer/answer) 之前创建,否则 WebRTC 就会一直处于 connecting 状态,从而导致数据无法进行传输。
  2. RTCDataChannel对象是可以双向传输数据的,所以接收与发送使用一个 RTCDataChannel对象即可,而不需要为发送和接收单独创建 RTCDataChannel 对象。

当然本文只是介绍了RTCDataChannel的“一种”具体应用,若你有兴趣还可以自行实践其他更有趣的实现。

思考时间

今天留给你的思考题是:SCTP 协议是运行在 TCP 协议之上还是 UDP 协议之上呢?

欢迎在留言区与我分享你的想法,也欢迎你在留言区记录你的思考过程。感谢阅读,如果你觉得这篇文章对你有帮助的话,也欢迎把它分享给更多的朋友。

参考

具体代码地址:https://github.com/avdance/webrtc_web/tree/master/19_chat/

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