websocket通讯原理

在websocket没有出现之前，总会有一些需求，需要获取数据，但是这些数据却不知道哪个时间点才能获取到，于是，大家使用了轮询来解决服务器推送的问题。

HTTP协议只能从客户端发出请求，服务器处理返回请求（这里可以看下图），但是服务器不能主动给客户端发送请求，于是解决服务器推送的问题，就只能靠轮询了。

轮询分为两种

• 短轮询：定时发送http请求

• 长轮询：发送请求直到收到消息or超时后继续发送下一个请求

但是，轮询并不能完美的解决服务器推送的问题

• 服务器无法主动发送数据
• 轮询实时性差
• 轮询浪费较多资源

概念

websocket的出现，就是为了解决服务器推送的问题。

WebSocket是HTML5开始提供的一种在单个 TCP 连接上进行全双工（通信双方既是接收方也是发送方，两端设备可以同时发送和接收数据）通讯的协议。

特性

• 建立在TCP链接之上
• 较少的控制开销
• 更强的实时性
• 保持连接状态
• 可以发送文本、二进制数据
• 没有同源限制

链接过程

websocket的链接还是比较简单的，只要进行一次握手，就可以进行后续的通讯了，这里分为三步：

1. http get请求将http请求升级为websocket请求
2. 数据通讯
3. 断开链接（可由任一方中断）

握手协议

在第一步的时候进行了握手，这里来看一下请求的详情

// 请求
GET / HTTP/1.1
Upgrade: websocket // 升级为websocket协议
Connection: Upgrade 
Host: localhost:3000 // 请求host
Origin: http://binnie.com // 请求来源
Sec-WebSocket-Key: sN9cRrP/n9NdMgdcy2VJFQ== // 用于后续计算accept
Sec-WebSocket-Version: 13 // websocket版本号

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// 回包
HTTP/1.1 101 Switching Protocols // 101表示链接成功
Upgrade: websocket // 与请求对应
Connection: Upgrade
// 使用key计算得来，尽量避免普通HTTP请求被误认为Websocket协议
Sec-WebSocket-Accept: fFBooB7FAkLlXgRSz0BT3v4hq5s= 
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帧格式

WebSocket协议使用帧（Frame）收发数据

客户端发送给服务端的帧必须通过4字节的掩码（Masking-key）加密，服务端收到消息后，用掩码对数据帧的Payload Data进行异或运算解码得到数据，如果服务端收到未经掩码加密的数据帧，则应该马上关闭该WebSocket。

服务端发给客户端的数据则不需要掩码加密，客户端如果收到了服务端的掩码加密的数据，则也必须关闭它。

上图为websocket的帧格式，下面我们一个个来分析

这里从左往右看，横向为32位（bit）

• FIN：最后的片段
• RSV1-3：拓展定义
• opcode：帧类型，其中控制帧：0x8 (Close), 0x9 (Ping), and 0xA (Pong)，数据帧主要有：0x1 (Text), 0x2 (Binary)
• MASK：数据是否掩码
• Payload len：负载长度
• Extended payload length：拓展负载长度
• Masking-key：掩码
• Playload Data：负载数据

所以，websocket传递数据时最小的请求头为 FIN+RSV1-3+opcode+MASK+Payload len+Masking-key = 6 byte（字节），剩下的就都是实际数据，相比于http头部小得多。

兼容性

websocket是很好的实时双向通讯，不过兼容性只到ie10，所以不支持websocket的浏览器就只能使用轮询等方法来兼容。

写在最后

由于低版本浏览器不支持websocket，需要使用轮询来兼容，于是出现了很多websocket库，后面再分析websocket库的实现。