WebSocket解說以及協(xié)議

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WebSocket是HTML5新增的協(xié)議，它的目的是在瀏覽器和服務器之間建立一個不受限的雙向通信的通道，比如說，服務器可以在任意時刻發(fā)送消息給瀏覽器。

為什么傳統(tǒng)的HTTP協(xié)議不能做到WebSocket實現(xiàn)的功能？這是因為HTTP協(xié)議是一個請求－響應協(xié)議，請求必須先由瀏覽器發(fā)給服務器，服務器才能響應這個請求，再把數(shù)據(jù)發(fā)送給瀏覽器。換句話說，瀏覽器不主動請求，服務器是沒法主動發(fā)數(shù)據(jù)給瀏覽器的。

這樣一來，要在瀏覽器中搞一個實時聊天，在線炒股（不鼓勵），或者在線多人游戲的話就沒法實現(xiàn)了，只能借助Flash這些插件。

也有人說，HTTP協(xié)議其實也能實現(xiàn)啊，比如用輪詢或者Comet。輪詢是指瀏覽器通過JavaScript啟動一個定時器，然后以固定的間隔給服務器發(fā)請求，詢問服務器有沒有新消息。這個機制的缺點一是實時性不夠，二是頻繁的請求會給服務器帶來極大的壓力。

Comet本質(zhì)上也是輪詢，但是在沒有消息的情況下，服務器先拖一段時間，等到有消息了再回復。這個機制暫時地解決了實時性問題，但是它帶來了新的問題：以多線程模式運行的服務器會讓大部分線程大部分時間都處于掛起狀態(tài)，極大地浪費服務器資源。另外，一個HTTP連接在長時間沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，鏈路上的任何一個網(wǎng)關都可能關閉這個連接，而網(wǎng)關是我們不可控的，這就要求Comet連接必須定期發(fā)一些ping數(shù)據(jù)表示連接“正常工作”。

以上兩種機制都治標不治本，所以，HTML5推出了WebSocket標準，讓瀏覽器和服務器之間可以建立無限制的全雙工通信，任何一方都可以主動發(fā)消息給對方。

WebSocket協(xié)議

WebSocket并不是全新的協(xié)議，而是利用了HTTP協(xié)議來建立連接。我們來看看WebSocket連接是如何創(chuàng)建的。

首先，WebSocket連接必須由瀏覽器發(fā)起，因為請求協(xié)議是一個標準的HTTP請求，格式如下：

GET ws://localhost:3000/ws/chat HTTP/1.1
Host: localhost
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Origin: http://localhost:3000
Sec-WebSocket-Key: client-random-string
Sec-WebSocket-Version: 13

該請求和普通的HTTP請求有幾點不同：

1. GET請求的地址不是類似/path/，而是以ws://開頭的地址；
2. 請求頭Upgrade: websocket和Connection: Upgrade表示這個連接將要被轉換為WebSocket連接；
3. Sec-WebSocket-Key是用于標識這個連接，并非用于加密數(shù)據(jù)；
4. Sec-WebSocket-Version指定了WebSocket的協(xié)議版本。

隨后，服務器如果接受該請求，就會返回如下響應：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: server-random-string

該響應代碼101表示本次連接的HTTP協(xié)議即將被更改，更改后的協(xié)議就是Upgrade: websocket指定的WebSocket協(xié)議。

版本號和子協(xié)議規(guī)定了雙方能理解的數(shù)據(jù)格式，以及是否支持壓縮等等。如果僅使用WebSocket的API，就不需要關心這些。

現(xiàn)在，一個WebSocket連接就建立成功，瀏覽器和服務器就可以隨時主動發(fā)送消息給對方。消息有兩種，一種是文本，一種是二進制數(shù)據(jù)。通常，我們可以發(fā)送JSON格式的文本，這樣，在瀏覽器處理起來就十分容易。

為什么WebSocket連接可以實現(xiàn)全雙工通信而HTTP連接不行呢？實際上HTTP協(xié)議是建立在TCP協(xié)議之上的，TCP協(xié)議本身就實現(xiàn)了全雙工通信，但是HTTP協(xié)議的請求－應答機制限制了全雙工通信。WebSocket連接建立以后，其實只是簡單規(guī)定了一下：接下來，咱們通信就不使用HTTP協(xié)議了，直接互相發(fā)數(shù)據(jù)吧。

安全的WebSocket連接機制和HTTPS類似。首先，瀏覽器用wss://xxx創(chuàng)建WebSocket連接時，會先通過HTTPS創(chuàng)建安全的連接，然后，該HTTPS連接升級為WebSocket連接，底層通信走的仍然是安全的SSL/TLS協(xié)議。

瀏覽器

很顯然，要支持WebSocket通信，瀏覽器得支持這個協(xié)議，這樣才能發(fā)出ws://xxx的請求。目前，支持WebSocket的主流瀏覽器如下：

• Chrome
• Firefox
• IE >= 10
• Sarafi >= 6
• Android >= 4.4
• iOS >= 8

服務器

由于WebSocket是一個協(xié)議，服務器具體怎么實現(xiàn)，取決于所用編程語言和框架本身。Node.js本身支持的協(xié)議包括TCP協(xié)議和HTTP協(xié)議，要支持WebSocket協(xié)議，需要對Node.js提供的HTTPServer做額外的開發(fā)。已經(jīng)有若干基于Node.js的穩(wěn)定可靠的WebSocket實現(xiàn)，我們直接用npm安裝使用即可。

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