什么是WebSocket协议？

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运维开发故事 2022-03-18 13:40:05 ©著作权

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微信公众号：运维开发故事，作者：姜总

大家好，我是小姜。

随着科技发展，人们需求越来越多，生活的方方面面都离不开一些实时信息。比如：疫情期间在家协同办公、疫情监控目标人的实时运动轨迹、社交中的实时消息、多玩家互动游戏、每秒瞬息万变的股市基金报价、体育实况播放、音视频聊天、视频会议、在线教育等等，都可以借用WebSocket TCP链接可以让数据飞起来。下面就聊一下WebSocket协议。

WebSocket 是HTML5开始提供的一种浏览器与服务器间进行全双工通讯的网络技术,一种基于 TCP 连接上进行全双工通信的协议，相对于 HTTP 这种非持久的协议来说，WebSocket 是一个持久化网络通信的协议。依靠这种技术可以实现客户端和服务器端的长连接，双向实时通信。

它不仅可以实现客户端请求服务器，同时可以允许服务端主动向客户端推送数据。是真正的双向平等对话，属于服务器推送技术的一种。在 WebSocket API 中，客户端和服务器只需要完成一次握手，两者之间就直接可以创建持久性的连接，并进行双向数据传输。

「其他特点包括：」

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建立在 TCP 协议之上，服务器端的实现比较容易。
与 HTTP 协议有着良好的兼容性。默认端口也是80和443，并且握手阶段采用 HTTP 协议，因此握手时不容易屏蔽，能通过各种 HTTP 代理服务器。
数据格式比较轻量，性能开销小，通信高效。
可以发送文本，也可以发送二进制数据。
没有同源限制，客户端可以与任意服务器通信。
协议标识符是ws（如果加密，则为wss），服务器网址就是 URL。
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协议标识符是ws（如果加密，则为wss），服务器网址就是 URL

ws://xxx.ayunw.cn:80/some/path
wss://xxx.ayunw.cn:443/some/path

另外客户端不只是浏览器，只要实现了ws或者wss协议的客户端socket都可以和服务器进行通信。

先说一下为什么需要 WebSocket 协议?

在 Web 应用架构中，连接由 HTTP/1.0 和 HTTP/1.1 处理。HTTP 是客户端/服务器模式中请求一响应所用的协议，在这种模式中，客户端(一般是浏览器)向服务器提交 HTTP 请求，服务器响应请求的资源(例如 HTML 页面)。

HTTP 是无状态的，也就是说，它将每个请求当成唯一和独立的。无状态协议具有一些优势，例如，服务器不需要保存有关会话的信息，从而不需要存储数据。但是，这也意味着在每次 HTTP 请求和响应中都会发送关于请求的冗余信息，比如使用 Cookie 进行用户状态的验证。

随着客户端和服务器之间交互的增加，HTTP 协议在客户端和服务器之间通信所需要的信息量快速增加。

从根本上讲，HTTP 还是半双工的协议，也就是说，在同一时刻信息的流向只能单向的：客户端向服务器发送请求(单向)，然后服务器响应请求(单向)。半双工方式的通信效率是非常低的。

同时 HTTP 协议有一个缺陷：通信只能由客户端发起。

这种单向请求的特点，注定了如果服务器有状态变化，是无法主动通知客户端的。

为了能够及时的获取服务器的变化，我们尝试过各种各样的方式：

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轮询(polling)：每隔一段时间，就发出一个请求，了解服务器有没有新的信息。不精准，有延时，大量无效数据交换。
长轮询( long polling)：客户端向服务器请求信息，并在设定的时间段内保持连接。直到服务器有新消息响应，或者连接超时，这种技术常常称作“挂起GET”或“搁置POST”。占用服务器资源，相对轮询并没有优势，没有标准化。
流化技术：在流化技术中，客户端发送一个请求，服务器发送并维护一个持续更新和保持打开(可以是无限或者规定的时间段)的开放响应。每当服务器有需要交付给客户端的信息时，它就更新响应。服务器从不发出完成 HTTP 响应。代理和防火墙可能缓存响应，导致信息交付的延迟增加。
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上述方法提供了近乎实时的通信，但是它们也涉及 HTTP 请求和响应首标，包含了许多附加和不必要的首标数据与延迟。此外，在每一种情况下，客户端都必须等待请求返回，才能发出后续的请求，而这显著地增加了延退。同时也极大地增加了服务器的压力。

什么是websocket协议?

Websocket其实是一个新协议，借用了HTTP的协议来完成一部分握手，只是为了兼容现有浏览器的握手规范而已。Websocket 是一种自然的全双工、双向、单套接字连接，解决了 HTTP 协议中不适合于实时通信的问题。

「一个典型的Websocket握手如下：」

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13
Origin: http://example.com

其中Websocket的核心如下，它告诉Apache、Nginx等服务器：注意，我发起的是Websocket协议，快点帮我找到对应的助理处理而不是那个老土的HTTP。

Upgrade: websocket
Connection: Upgrade

「服务器返回如下：」

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=
Sec-WebSocket-Protocol: chat

至此，HTTP已经完成它所有工作了，接下来就是完全按照Websocket协议进行了。