WebSocket解析

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1. WebSocket是什么？

WebSocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通讯的协议。WebSocket通信协议于2011年被IETF定为标准RFC 6455，并由RFC7936补充规范。WebSocket API也被W3C定为标准。
WebSocket使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单，允许服务端主动向客户端推送数据。在WebSocket API中，浏览器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。

简单的说，WebSocket和HTTP一样也是基于TCP/IP的应用层协议，与HTTP最大的区别是其为双向的，可以由服务端向客户端主动推送消息

2. 为什么会有WebSocket协议?

因为HTTP虽然可以通过keep-alive和服务端保持长连接，但是只能通过客户端单向地向服务端发起请求，如果想实时获取服务端最新数据，一般都会轮询。可是轮询的效率低，非常浪费资源（因为必须不停连接，或者 HTTP 连接始终打开,而HTTP请求的头部数据是很多的）。而使用websocket就不会存在这样的问题。

3. 与HTTP的区别

传统HTTP与服务端的交互模式如下：

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WebSocket与服务端的交互模式如下：
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上图对比可以看出，相对于传统HTTP每次请求-应答都需要客户端与服务端建立连接的模式，WebSocket是类似Socket的TCP长连接通讯模式。一旦WebSocket连接建立后，后续数据都以帧序列的形式传输。在客户端断开WebSocket连接或Server端中断连接前，不需要客户端和服务端重新发起连接请求。在海量并发及客户端与服务器交互负载流量大的情况下，极大的节省了网络带宽资源的消耗，有明显的性能优势，且客户端发送和接受消息是在同一个持久连接上发起，实时性优势明显。

相比HTTP，WebSocket有以下优点：

• 是真正的全双工方式，建立连接后客户端与服务器端是完全平等的，可以互相主动请求。而HTTP长连接基于HTTP，是传统的客户端对服务器发起请求的模式。

• HTTP长连接中，每次数据交换除了真正的数据部分外，服务器和客户端还要大量交换HTTP header，信息交换效率很低。Websocket协议通过第一个request建立了TCP连接之后，之后交换的数据都不需要发送 HTTP header就能交换数据，这显然和原有的HTTP协议有区别所以它需要对服务器和客户端都进行升级才能实现（主流浏览器都已支持HTML5）。此外还有 multiplexing、不同的URL可以复用同一个WebSocket连接等功能。这些都是HTTP长连接不能做到的。

4. WebSocket握手报文分析

• 握手 请求
  为了实现WebSocket通信，需要用到HTTP的Upgrade的首部字段，告知服务器通信协议发生改变，以达到握手的目的。

GET /chat  HTTP/1.1
Host: localhost
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: xqBt3ImNzJbYqRINxEFlkg==
Origin: http://localhost:8080
Sec-WebSocket-Version: 13

Sec-WebSocket-Key字段内记录这握手过程中必不可少的键值。Sec-WebSocket-Protocol字段内记录使用的子协议。子协议按WebSocket协议标准在连接分开使用时，定义那些连接的名称 。

• 握手 响应
  对于之前的请求，返回状态码101 Switching Protocols的响应。

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: K7DJLdLooIwIG/MOpvWFB3y3FE8=

Sec-WebSocket-Accept的字段值是由握手请求中的Sec-WebSocket-Key的字段值生成的。成功握手确立WebSocket连接之后，通信时不再使用HTTP的数据帧，而采用WebSocket独立的数据帧。

参考文档：
https://cloud.tencent.com/document/product/214/4150
http://www.ruanyifeng.com/blog/2017/05/websocket.html