用 JMPP 让 XMPP 老树发新枝
关于 JMPP 的想法
XMPP 是若干年前流行的即时通信 IM 协议, 据说起初的 QQ 就采用了这个协议, 我多年以前也用过它实现过多人聊天, 类似今天的微信群, 时至今日, XMPP 由于采用了 XML 这个冗长的格式, 日趋式微, 我以前就想过用 JSON 来替换 XMPP 中的 XML 格式, 姑且叫它 JMPP(Json Messaging and Presence Protocol) 吧
一、XMPP 的优缺点
优点
-
开放性与标准化
XMPP（可扩展消息处理现场协议，Extensible Messaging and Presence Protocol）是一个开放的、基于 XML 标准的通信协议。它被广泛应用于即时通讯（IM）等领域，众多不同的客户端和服务器实现都可以依据这个标准进行交互，促进了不同平台和系统之间的互联互通，例如可以轻松实现桌面客户端、移动应用以及网页端应用之间的消息传递。 -
可扩展性
其基于 XML 的结构使得很容易扩展功能。开发者可以通过定义新的 XML 标签和命名空间来添加自定义的消息类型、功能模块等，以适应各种不同的业务需求，比如在即时通讯基础上扩展文件传输、语音通话等相关功能的描述信息。 -
实时性与分布式架构支持
XMPP 天生具备支持实时通讯的能力，并且可以很好地适应分布式的服务器架构，便于构建大规模的通讯网络，能够有效地处理大量用户并发连接和消息交互，像很多大型的企业内部通讯系统或者开源的 IM 服务都基于它构建。
缺点
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消息体积较大
由于使用 XML 来进行消息的格式化，XML 本身具有较多的标签、结构描述等冗余信息，相比于一些更紧凑的格式，相同语义的消息在 XMPP 中往往会占用更大的网络带宽传输，尤其在网络条件不佳或者消息量极大的场景下，这可能会带来一定的性能损耗。 -
解析复杂度和性能开销
XML 的解析相对来说比较复杂，需要消耗一定的 CPU 资源来处理其层次化的结构、验证语法等，在一些对性能要求极高的低资源设备或者高并发场景下，解析 XML 格式的 XMPP 消息可能会成为性能瓶颈。 -
安全相关挑战
尽管可以通过加密等手段增强安全性，但默认基于 XML 的文本格式消息在传输过程中如果没有妥善保护，容易被中间人攻击、篡改等，而且 XML 本身存在一些诸如 XML 注入等安全风险隐患，需要额外的防护措施来保障安全。
二、XML 的优缺点
优点
- 可读性强
XML（可扩展标记语言，eXtensible Markup Language）采用标签式的结构，对于人类阅读和理解非常友好，数据结构清晰明了，能够直观地展示出元素之间的层次关系以及包含的信息内容，这使得开发和调试过程中查看消息内容变得容易。 - 通用性和跨平台性
几乎在所有主流的编程语言和操作系统环境中都有成熟的 XML 解析库和工具支持，方便在不同的系统间进行数据交换和共享，很容易集成到各种应用开发中，无论是服务器端还是客户端开发都能轻松应对 XML 数据的处理。 - 自描述性
XML 文档自身携带了数据结构的描述信息，通过标签和属性就能知道各个元素的含义，无需额外的元数据说明，这对于数据的长期保存和后续的再利用等场景非常有利，不同的系统在获取 XML 数据后可以根据其自身结构进行解析和理解。
缺点
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冗余性
正如前面提到的，XML 有着较多的标签和格式相关的文本描述，这使得其在表示相同数据时相较于一些二进制或者更紧凑的文本格式体积偏大，在存储和传输场景下会占用更多的资源。 -
解析效率相对较低
解析 XML 文档需要按照其规则去构建树形结构、验证语法等操作，相比一些简单格式的解析要花费更多的时间和计算资源，尤其是在处理大规模 XML 数据或者实时性要求很高的场景下，这个问题可能会凸显出来。 -
灵活性带来的复杂性
虽然 XML 的可扩展性很强，能够自定义各种标签和结构，但在实际应用中，如果没有统一的规范和良好的设计，容易造成 XML 结构过于复杂、混乱，不同系统之间理解和解析可能会出现兼容性问题，增加了开发和维护的难度。
三、将 XMPP 中的 XML 替换成 JSON 格式的思路
协议消息结构设计
JSON（JavaScript Object Notation）是一种轻量级的数据交换格式，相较于 XML 更加简洁和易于解析。对于类似 JMPP（假设的 JSON-based Messaging and Presence Protocol）协议的设计，可以参考 XMPP 的基本功能和消息类型划分。
比如，对于一个简单的即时通讯消息发送场景，在 XMPP 中用 XML 表示可能如下：
<message from="user1@example.com" to="user2@example.com" type="chat">
<body>Hello, world!</body>
</message>在 JMPP 中可以用 JSON 表示成：
{
"from": "user1@example.com",
"to": "user2@example.com",
"type": "chat",
"body": "Hello, world!"
}对于用户状态（Presence）信息，XMPP 中 XML 示例：
<presence from="user1@example.com">
<show>away</show>
<status>Busy right now</status>
</presence>对应的 JMPP 中 JSON 格式可以是：
{
"from": "user1@example.com",
"show": "away",
"status": "Busy right now"
}对于 MUC 相关功能，在 XMPP 中，加入群组聊天的 XML 消息示例可能如下：
<message from="user1@example.com" to="room1@conference.example.com" type="groupchat">
<body>Hello everyone!</body>
</message>相应地，在 JMPP 协议中设计类似的 JSON 格式消息来实现 MUC 功能，示例如下：
{
"from": "user1@example.com",
"to": "room1@conference.example.com",
"type": "groupchat",
"body": "Hello everyone!"
}可以定义一系列的顶层键（如上述的 from、to、type 等）来表示消息的不同属性，根据不同的业务需求扩展更多的键值对用于丰富消息内容，同时可以模仿 XMPP 划分不同的消息类型（如聊天消息、状态更新消息、群组相关消息等），每种类型有着相对固定的 JSON 结构规范。
通信流程与 XMPP 类似
客户端与服务器之间的连接建立、认证、保持长连接以及消息的发送和接收流程可以参考 XMPP 的成熟模式。例如，客户端先与服务器建立 TCP 连接，然后发送 JSON 格式的认证消息（包含用户名、密码等信息）进行登录，登录成功后通过长连接持续发送和接收不同类型的 JMPP 消息来实现即时通讯功能等。
示例一: JMPP 实现聊天室
以下是一个更详细的基于 Python 的模拟 JMPP 协议实现类似 XMPP 的 MUC 规范的示例代码，同样需要注意这只是一个简单示意，实际应用中还需要完善诸多功能如错误处理、连接管理、更完善的群组管理等方面内容。
服务器端示例（使用 socketserver 模块简单模拟）
import socketserver
import json
# 模拟群组及成员信息存储（简单示例，实际可使用数据库等更合理方式）
groups = {}
class JMPPServer(socketserver.BaseRequestHandler):
def handle(self):
while True:
data = self.request.recv(1024).decode('utf-8')
if not data:
break
try:
message = json.loads(data)
print(f"Received message from client: {message}")
if message["type"] == "groupchat":
room_name = message["to"]
if room_name not in groups:
groups[room_name] = []
groups[room_name].append(message["from"])
# 转发消息给群组内其他成员（简单广播示例，实际需考虑更多情况）
for member in groups[room_name]:
if member!= message["from"]:
self.send_to_member(member, message)
# 回复消息示例，简单表示已接收处理
response = {
"status": "success",
"message": "Message received and processed"
}
self.request.sendall(json.dumps(response).encode('utf-8'))
except json.JSONDecodeError:
print("Invalid JSON format received")
# 回复错误消息示例
error_response = {
"status": "error",
"message": "Invalid JSON format"
}
self.request.sendall(json.dumps(error_response).encode('utf-8'))
def send_to_member(self, member, message):
# 这里简单假设可以通过某种方式获取到对应成员的连接并发送消息（实际需完善连接查找机制）
pass
if __name__ == "__main__":
server = socketserver.TCPServer(("localhost", 8888), JMPPServer)
print("JMPP Server started, listening on port 8888...")
server.serve_forever()客户端示例
import socket
import json
def join_group(room_name, client_user):
join_message = {
"from": client_user,
"to": room_name,
"type": "join_group"
}
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client_socket.connect(("localhost", 8888))
client_socket.sendall(json.dumps(join_message).encode('utf-8'))
response = client_socket.recv(1024).decode('utf-8')
try:
response_data = json.loads(response)
print(f"Received response from server: {response_data}")
except json.JSONDecodeError:
print("Invalid response format from server")
client_socket.close()
def send_group_message(room_name, client_user, message_body):
group_message = {
"from": client_user,
"to": room_name,
"type": "groupchat",
"body": message_body
}
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client_socket.connect(("localhost", 8888))
client_socket.sendall(json.dumps(group_message).encode('utf-8'))
response = client_socket.recv(1024).decode('utf-8')
try:
response_data = json.loads(response)
print(f"Received response from server: {response_data}")
except json.JSONDecodeError:
print("Invalid response format from server")
client_socket.close()
if __name__ == "__main__":
client_user = "user1@example.com"
room_name = "room1@conference.example.com"
# 模拟加入群组操作
join_group(room_name, client_user)
# 模拟发送群组消息
send_group_message(room_name, client_user, "This is a test message in the group!")在上述示例中：
服务器端：
- 维护了一个简单的
groups字典来模拟群组及其成员信息的存储。当接收到type为groupchat的消息时，先判断群组是否存在，若不存在则创建，然后将发送者添加到群组成员列表中，并将消息转发给群组内除发送者之外的其他成员（这里的转发只是简单示意了逻辑，实际的实现需要更完善的查找成员连接并发送机制）。最后会回复客户端一个表示消息已接收处理的响应消息，对于接收到的非法 JSON 格式消息也会回复相应错误消息。
客户端端：
- 提供了两个主要函数，
join_group函数用于模拟客户端加入群组的操作，构造一个join_group类型的 JMPP 消息发送给服务器，并接收处理服务器返回的响应消息。 send_group_message函数用于在已加入群组后发送群组聊天消息，构造type为groupchat的 JMPP 消息发送给服务器，并同样处理服务器返回的响应消息。
请注意，这只是一个非常基础的示例，真正要实现一个完整可用、具备诸如安全可靠、大规模应用等特性的基于 JMPP 协议实现 MUC 功能的通讯框架还需要大量的后续完善工作，包括但不限于加密传输、更精细的群组管理（如成员权限、群组配置等）、消息的持久化、对不同类型消息更全面的处理以及更好的连接管理等。
示例二: 通过 websocket 的实现聊天室的功能
以下是使用Python的websockets库来改写上述示例，通过WebSocket实现类似XMPP的MUC（Multi-User Chat）规范的示例代码及相关解释，整体示例依然是简化示意性质，实际应用中还需更多完善工作：
一、服务器端示例
import asyncio
import websockets
import json
# 模拟群组及成员信息存储（简单示例，实际可使用数据库等更合理方式）
groups = {}
async def handle_connection(websocket, path):
try:
async for message in websocket:
try:
message_data = json.loads(message)
print(f"Received message from client: {message_data}")
if message_data["type"] == "groupchat":
room_name = message_data["to"]
if room_name not in groups:
groups[room_name] = []
groups[room_name].append(message_data["from"])
# 转发消息给群组内其他成员（简单广播示例，实际需考虑更多情况）
for member in groups[room_name]:
if member!= message_data["from"]:
await send_to_member(member, message_data, websocket)
# 回复消息示例，简单表示已接收处理
response = {
"status": "success",
"message": "Message received and processed"
}
await websocket.send(json.dumps(response))
except json.JSONDecodeError:
print("Invalid JSON format received")
# 回复错误消息示例
error_response = {
"status": "error",
"message": "Invalid JSON format"
}
await websocket.send(json.dumps(error_response))
except websockets.exceptions.ConnectionClosedError:
print("Client disconnected")
async def send_to_member(member, message, source_websocket):
# 这里简单假设可以通过某种方式知道对应成员的WebSocket连接并发送消息（实际需完善连接查找机制）
# 以下是简单的模拟，实际应用中要准确获取对应成员的连接对象
for connection in set(websockets.websockets) - {source_websocket}:
try:
await connection.send(json.dumps(message))
except websockets.exceptions.ConnectionClosedError:
continue
async def start_server():
async with websockets.serve(handle_connection, "localhost", 8888):
print("JMPP Server started, listening on port 8888...")
await asyncio.Future() # 保持服务器运行
if __name__ == "__main__":
asyncio.run(start_server())
解释
-
整体结构与逻辑
- 首先定义了一个全局的
groups字典用于模拟存储各个群组及其成员信息，在实际场景中可以替换为数据库操作等更完善的存储方式。 handle_connection函数是处理每个WebSocket连接的协程函数，它会循环接收来自客户端的消息，尝试解析为JSON格式，根据消息类型进行相应处理。- 当接收到
type为groupchat的消息时，会先确认目标群组是否已存在，如果不存在则创建该群组，然后将发送消息的客户端添加到对应群组的成员列表中，接着调用send_to_member函数将消息转发给群组内除发送者之外的其他成员。 - 不管消息处理结果如何，都会向发送消息的客户端回复相应的响应消息，告知其消息是否被成功接收处理等情况。如果接收到的消息格式不是合法的JSON格式，会回复错误消息。
send_to_member函数用于将消息转发给群组内的指定成员，这里只是简单地遍历当前所有的WebSocket连接（通过websockets.websockets获取），排除掉消息来源的连接（避免将消息回发给发送者），尝试向其他连接发送消息，但实际应用中需要有更准确的机制来根据成员信息查找对应的WebSocket连接对象进行发送。start_server函数使用websockets.serve启动WebSocket服务器，将handle_connection函数作为连接处理的回调，并绑定到本地的8888端口，之后通过await asyncio.Future()让服务器一直运行，等待客户端连接和消息交互。
- 首先定义了一个全局的
-
异步操作相关
整个服务器端代码基于Python的异步编程模型，使用async和await关键字来处理异步的WebSocket连接、消息接收和发送等操作，这样可以高效地处理多个客户端并发连接，而不会阻塞线程，提高服务器的性能和并发处理能力。
二、客户端示例
import asyncio
import websockets
import json
async def join_group(room_name, client_user):
join_message = {
"from": client_user,
"to": room_name,
"type": "join_group"
}
async with websockets.connect("ws://localhost:8888") as websocket:
await websocket.send(json.dumps(join_message))
response = await websocket.recv()
try:
response_data = json.loads(response)
print(f"Received response from server: {response_data}")
except json.JSONDecodeError:
print("Invalid response format from server")
async def send_group_message(room_name, client_user, message_body):
group_message = {
"from": client_user,
"to": room_name,
"type": "groupchat",
"body": message_body
}
async with websockets.connect("ws://localhost:8888") as websocket:
await websocket.send(json.dumps(group_message))
response = await websocket.recv()
try:
response_data = json.loads(response)
print(f"Received response from server: {response_data}")
except json.JSONDecodeError:
print("Invalid response format from server")
if __name__ == "__main__":
client_user = "user1@example.com"
room_name = "room1@conference.example.com"
asyncio.run(join_group(room_name, client_user))
asyncio.run(send_group_message(room_name, client_user, "This is a test message in the group!"))
解释
- 功能函数实现
join_group函数用于模拟客户端加入群组的操作。它首先构造一个type为join_group的JMPP格式（JSON格式）消息，然后通过websockets.connect建立与服务器的WebSocket连接，将消息发送给服务器，并等待接收服务器回复的响应消息，最后尝试解析响应消息并打印相关信息，如果解析失败则打印错误提示。send_group_message函数用于在客户端已加入群组后向群组发送聊天消息。同样先构造type为groupchat的JMPP消息，建立WebSocket连接，发送消息后接收服务器响应并进行相应的解析和处理。
- 异步运行方式
通过asyncio.run来运行异步函数，在main函数中先后调用join_group和send_group_message函数，模拟了客户端先加入群组，再向群组发送消息的完整流程，整个过程基于异步的WebSocket通信，确保在与服务器交互过程中不会阻塞主线程，提高客户端的响应性能以及可以同时处理多个相关操作的能力。
总之，上述示例展示了如何使用WebSocket结合自定义的JMPP协议（以JSON格式为基础）来模拟实现类似XMPP的MUC规范相关功能，不过要投入实际生产使用还需要对诸如错误处理、连接管理、群组管理等多方面进行更细致深入的完善和优化。