WebSocket 学习

项目中之前已经使用过 websocket 进行一些和服务器的实时数据通信，但是对于协议本身并不十分了解，也是借此机会学习一下并分享出来。

OSI 位置？

应用层，和 Http 协议是同级关系

为什么需要 WebSocket ？

既然同 Http 协议是同层，为什么还需要另一个协议？它有什么好处？

答案很简单，因为 HTTP 协议的设计之初就是：通信只能由客户端发起。 举例来说，我们想了解当前的股票价格，只能是客户端向服务器发出请求，服务器返回查询结果。要想实时刷新股票的价格，这个 HTTP 协议搞起来就有点费劲了，因为 HTTP 协议做不到服务器主动向客户端推送信息。

技术背景

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。有没有什么办法可以解决双向通信的问题呢？

轮询

轮询是在特定的的时间间隔（如每1秒），由浏览器对服务器发出HTTP请求，然后由服务器返回最新的数据给客户端的浏览器。这种传统的模式带来很明显的缺点，即浏览器需要不断的向服务器发出请求，然而HTTP请求可能包含较长的 头部 ，其中真正有效的数据可能只是很小的一部分，显然这样会浪费很多的带宽等资源。

Comet

Comet is a web application model in which a long-held HTTPS request allows a web server to push data to a browser, without the browser explicitly requesting it.

Comet is an umbrella term, encompassing multiple techniques for achieving this interaction. All these methods rely on features included by default in browsers, such as JavaScript, rather than on non-default plugins.

The term Comet is not an acronym, but was coined by Alex Russell in his 2006 blog post Comet: Low Latency Data for the Browser.

Long-Polling

阻塞模型：客户端发送一个超时时间很长的 Request，服务器 hold 住这个连接，在有新数据到达时返回Response，相比频繁轮询，占用的网络带宽少了。

上述的 问题 在于对于网络带宽的占用及服务器的资源的开销。

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） 长轮询需要服务器一直 hold 住链接直到有数据返回，其实是服务端的一种 hack 方案。

于是，WebSocket 就这样出现来解决上述问题的。

WebSocket 出场

WebSocket 协议在2008年诞生，2011年成为国际标准。所有浏览器都已经支持了。可以在这里查看各个浏览器的支持情况。

WebSocket 是一种在单个 TCP 连接上进行 全双工 通信的协议。

其他特点包括：

• 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（但通常处于安全性的考虑还是会带上 origin 头）。
• 协议标识符是ws（如果加密，则为wss），服务器网址就是 URL。

ws://example-host.com:80/path

// WebSocket + TLS
wss://example-host.com:443/path
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Events

• open
• message
• error
• ping/pong
• close

Methods

• send
• text
• binary
• close

WebSocket Close Code

协议

WebSocket Http Headers

The WebSocket connection must be an HTTP/1.1 GET request, and include the following headers:

Host

Upgrade: websocket

Connection: Upgrade

Sec-WebSocket-Key

Sec-WebSocket-Version

If any of these are not included in the HTTP headers, the server should respond with an HTTP error code 400 Bad Request.

GET ws://localhost:8181/ HTTP/1.1
Origin: http://localhost:8181
Host: localhost:8181
Sec-WebSocket-Key: zy6Dy9mSAIM7GJZNf9rI1A==
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Version: 13
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Upon receiving a valid upgrade request with all required fields, the server will decide on the accepted protocol, and any extensions, and send back an HTTP response with status code 101 along with the Sec-WebSocket-Accept handshake acknowledgment.

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: EDJa7WCAQQzMCYNJM42Syuo9SqQ=
Upgrade: websocket
WebSocket Frame
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更多详情请参阅 RFC 6445