websocket协议详解

相较于HTTP协议，HTTP协议有一个的缺陷为：通信只能由客户端发起。在一些场景下，这种单向请求的特点，注定了如果服务器有连续的状态变化，客户端要获知就非常麻烦。我们只能使用轮询：每隔一段时候，就发出一个询问，了解服务器有没有新的信息。最典型的场景就是聊天室。

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）。因此，工程师们一直在思考，有没有更好的方法。WebSocket 就是这样发明的。

Webscoket是Web浏览器和服务器之间的一种全双工通信协议，其中WebSocket协议由IETF定为标准，WebSocket API由W3C定为标准。一旦Web客户端与服务器建立起连接，之后的全部数据通信都通过这个连接进行。通信过程中，可互相发送JSON、XML、HTML或图片等任意格式的数据。

客户端发起连接请求：

GET / HTTP/1.1\r\n

Connection: keep-alive, Upgrade\r\n

Sec-WebSocket-Version: 13\r\n

Sec-WebSocket-Key: puVOuWb7rel6z2AVZBKnfw==\r\n

Upgrade: websocket\r\n

\r\n

其它字段根据需要添加。 请求数据和http请求一样。 发现 Upgrade 字段为 websocket表示要建立websocket链接。 根据版本 Sec-WebSocket-Version 做相应的处理。

版本13服务器返回：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n

Upgrade: websocket\r\n

Connection: Upgrade\r\n

Sec-WebSocket-Accept: FCKgUr8c7OsDsLFeJTWrJw6WO8Q=\r\n

\r\n

响应数据格式统一。 除了 Sec-WebSocket-Accept 需要根据请求头 Sec-WebSocket-Key 算出。其他都一样。

此时表示客户端服务端建立了常链接，双方可以互相发送数据了。

Sec-WebSocket-Accept计算流程：

  拿到 Sec-WebSocket-Key 称之为 key

  得到 sha1Str = sha1( key + "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11")

  把  sha1Str 两个字符一组作为一个字节。得到新的字符串，最后做 base64 编码即可。

   说明:

       sha1加密的字符串是一个16进制的字符串，两个字符一组，假如 12， 那么转成一个字节就是

       十进制 18 的二进制位。

参考文档:

     https://www.jianshu.com/p/98911bf82ceb

     https://blog.csdn.net/weixin_34080951/article/details/91915908

本篇文章主要讲述以下几点：

WebSocket协议分为两部分：握手和数据传输

下面通过客户端和服务端交互的报文对比WebSocket通讯与传统HTTP的不同点，主要关注握手阶段。

根据上面的例子，运行之后，new WebSocket实例化一个新的WebSocket客户端对象，请求WebSocket URL为 ws://localhost:8000 的服务器，打开控制台的NetWork，客户端WebSocket对象会自动解析并识别为WebSocket请求，连接服务端端口，执行双方握手过程，来自客户端握手发送数据格式如下：

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

通过查看WebSocket的原理，与HTTP对比，得出结论：

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协议通过第一个请求建立了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。

我们在使用WebSocket协议时通常不会使用它的API来实现，而是借助于Socket.io，Socket.io是一个WebSocket库，包括客户端的js和服务端的nodejs，它的目标是构建可以在不同浏览器和移动设备上使用的实时应用。它会自动根据浏览器从WebSocket、AJAX长轮询等各种方式中选择最佳的方式来实现网络实时应用，也就是说如果浏览器对WebSocket兼容性差，Socket.io会自动选择最佳方式实现实时通信，非常方便和人性化。

Socket.io 官方文档： https://socket.io/get-started/chat/

WebSocket兼容几乎所有现代浏览器，IE 10+ Edge Firefox 4+ Chrome 4+ Safari 5+ Opera 11.5+

socket.io对浏览器做了很好的兼容。

下一篇讲述Socket.io客户端API

参考文档： https://www.zhihu.com/question/20215561

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