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WebSocket

WebSocket，是一种网络传输协议，位于 OSI 模型的应用层。可在单个 TCP 连接上进行全双工通信，能更好的节省服务器资源和带宽并达到实时通迅

客户端和服务器只需要完成一次握手，两者之间就可以创建持久性的连接，并进行双向数据传输。

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从上图可见， websocket 服务器与客户端通过握手连接，连接成功后，两者都能主动的向对方发送或接受数据。

而在 websocket 出现之前，开发实时 web 应用的方式为轮询。不停地向服务器发送 HTTP 请求，问有没有数据，有数据的话服务器就用响应报文回应。如果轮询的频率比较高， 那么就可以近似地实现 “实时通信” 的效果轮询的缺点也很明显，反复发送无效查询请求耗费了大量的带宽和 CPU 资源。

特点​

  • 全双工：

    • 通信允许数据在两个方向上同时传输，它在能力上相当于两个单工通信方式的结合。 例如 A→B 的同时 B→A ，是瞬时同步的。

  • 二进制帧：

    • 采用了二进制帧结构，语法、语义与 HTTP 完全不兼容，相比 http/2，WebSocket 更侧重于“实时通信”，而 HTTP/2 更侧重于提高传输效率，所以两者的帧结构也有很大的区别 不像 HTTP/2 那样定义流，也就不存在多路复用、优先级等特性自身就是全双工，也不需要服务器推送。

  • 协议名 引入 ws 和 wss 分别代表明文和密文的 websocket 协议，且默认端口使用 80 或 443，几乎与 http 一致 ws://www.szc.work.com ws://www.szc.work/srv wss://www.szc.work:445/im?user_id=xxx

  • 握手

    • WebSocket 也要有一个握手过程，然后才能正式收发数据
    客户端发送数据格式如下

    GET /chat HTTP/1.1
    Host: server.example.com
    Upgrade: websocket
    Connection: Upgrade
    Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
    Origin: http://example.com
    Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
    Sec-WebSocket-Version: 13

    • Connection：必须设置 Upgrade，表示客户端希望连接升级。
    • Upgrade：必须设置 Websocket，表示希望升级到 Websocket 协议。
    • Sec-WebSocket-Key：客户端发送的一个 base64 编码的密文，用于简单的认证秘钥。要求服务端必须返回一个对应加密的“Sec-WebSocket-Accept 应答，否则客户端会抛出错误，并关闭连接。
    • Sec-WebSocket-Version ：表示支持的 Websocket 版本。
    服务端返回的数据格式

    HTTP/1.1 101 Switching Protocols
    Upgrade: websocket
    Connection: Upgrade
    Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=Sec-WebSocket-Protocol: chat
    HTTP/1.1 101 Switching Protocols：表示服务端接受 WebSocket 协议的客户端连接
    Sec-WebSocket-Accep：验证客户端请求报文，同样也是为了防止误连接。具体做法是把请求头里 “Sec-WebSocket-Key” 的值，加上一个专用的 `UUID` ，再计算摘要

  • 优点：

    • 较少的控制开销：数据包头部协议较小，不同于 http 每次请求需要携带完整的头部。
    • 更强的实时性：相对于 HTTP 请求需要等待客户端发起请求服务端才能响应，延迟明显更少。
    • 保持创连接状态：创建通信后，可省略状态信息，不同于 HTTP 每次请求需要携带身份验证。
    • 更好的二进制支持：定义了二进制帧，更好处理二进制内容。
    • 支持扩展：用户可以扩展 websocket 协议、实现部分自定义的子协议。
    • 更好的压缩效果：Websocket 在适当的扩展支持下，可以沿用之前内容的上下文，在传递类似的数据时，可以显著地提高压缩率。

应用场景​

  • 基于 websocket 的事实通信的特点，其存在的应用场景大概有：

    • 弹幕
    • 媒体聊天
    • 协同编辑
    • 基于位置的应用
    • 体育实况更新
    • 股票基金报价实时更新