WebSocket协议

引言：WebSocket——基于TCP的全双工实时通讯

WebSocket

WebSocket的应用场景

WebSocket：一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议。

它最初被设计用于在Web浏览器和Web服务器之间提供实时、双向通信的能力，但现在已经被广泛用于各种应用程序和领域，包括在线游戏、聊天应用、金融交易系统和实时协作工具等

常用在以下场景：

• 在线实时聊天室
• **多人在线游戏 (MMOGs)**：魔兽世界、星际争霸2、Apex、我的世界等等。
• 协作工具：在线协作工具，如实时白板、远程桌面共享和协同编辑，需要实时同步多个用户之间的操作。
• 实时监控和仪表板：WebSocket可用于实时监控系统状态、服务器性能、传感器数据等，并将这些数据实时传送给操作人员。

如何做到实时通信？

在没有websocket协议之前，有这么几种伪实时通信的方式，以扫描二维码登录这件事为例：

1. 浏览器轮询：浏览器定期请求服务器，获得响应

微信公众平台的扫码登录就是使用这种方式，每隔1~2s就发送一次http请求，等待响应

这样的登录方式简单粗暴，但是用户在扫码后，会有等待1~2s的体验，而且频繁的http请求，对后台也是不小的负担。

2. 服务器轮询：将用户请求的超时时间设置长一点，比如30s，后端一直轮询，如果客户扫描二维码（扫描后会发送请求），就返回响应

这种做法，减少了HTTP请求次数，但是后台一直轮询，对服务器的压力也比较大

WebSocket协议

WebSocket协议基于运输层TCP协议，WebSocket的握手阶段基于HTTP协议，数据传输是WebSocket自己的部分。

握手部分

在TCP连接建立后，如果想要使用WebSocket协议，需要使用HTTP协议进行握手

1、HTTP握手请求头：

GET ws://localhost/chat HTTP/1.1
Host: localhost
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Sec-WebSocket-Version: 13

• Connection: Upgrade：表明浏览器想升级协议

• Upgrade: websocket ：表明升级链接为websocket

• Sec-WebSocket-Key：这是一个Base64编码的随机密钥，用于安全验证WebSocket连接请求的合法性

• Sec-WebSocket-Version: 表示客户端支持的WebSocket协议版本，通常是13

2、HTTP握手响应头：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
Sec-WebSocket-Protocol: chat

• HTTP/1.1 101 Switching Protocols：状态码 “101 Switching Protocols” 表示切换协议成功。
• Upgrade: websocket 和 Connection: Upgrade: 这两个头部字段表示服务器同意升级连接到WebSocket协议。
• Sec-WebSocket-Accept: 这是服务器生成的Base64编码的密钥，用于验证WebSocket连接请求的合法性。服务器使用客户端发送的Sec-WebSocket-Key来计算这个值。
• Sec-WebSocket-Protocol: (可选) 如果客户端请求了特定的子协议，服务器可以在这里指定所选择的子协议。

数据交互部分

（本节图源来自：小白debug）

在HTTP握手建立后，就可以进行websocket通信了，websocket中的数据包称为帧

数据帧的格式如图：只需要关注几个字段

• 4位的opcode：表示数据的类型，1是string帧；2表示二进制帧（即bytes帧）；8表示关闭连接帧。
• 四个payload字段：它的意思是，一开始只读最开始的7bit，如果是0-125，那么表示数据的长度7bit就可以表示完成；如果是126（0X7E）就继续向后读，之后的几个段同理。

相关问题

1、为什么有了HTTP协议，还要有Websocket协议？

HTTP是半双工协议，是为了提供浏览服务的，设计之初没打算支持交互。

WebSocket协议是专门用来提供交互的。

2、WebSocket和HTTP的关系是什么？

WebSocket握手需要使用HTTP协议，升级完成后，就与HTTP毫无关系了。