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WebSocket协议详解：原理、特点及应用场景

创作时间:

作者:

@小白创作中心

WebSocket协议详解：原理、特点及应用场景

引用

CSDN

https://blog.csdn.net/TongJ_/article/details/129104384

WebSocket是HTML5引入的一种新的网络通信协议，它实现了浏览器与服务器之间的全双工通信，能够更好地节省服务器资源和带宽，达到实时通讯的目的。本文将详细介绍WebSocket的工作原理、特点以及其在现代Web应用中的重要应用场景。

简版

WebSocket是HTML5下一种新的协议。它实现了浏览器与服务器全双工通信，能更好的节省服务器资源和带宽并达到实时通讯的目的。

WebSocket与HTTP一样通过已建立的TCP连接来传输数据，但是它和HTTP最大不同是：

WebSocket是一种双向通信协议。在建立连接后，WebSocket服务器端和客户端都能主动向对方发送或接收数据，就像Socket一样；
WebSocket需要像TCP一样，先建立连接，连接成功后才能相互通信。

相比HTTP长连接，WebSocket有以下特点：

是真正的全双工方式，建立连接后客户端与服务器端是完全平等的，可以互相主动请求。而HTTP长连接基于HTTP，是传统的客户端对服务器发起请求的模式。
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request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。

WebSocket优势

浏览器和服务器只需要做一个握手的动作，在建立连接之后，双方可以在任意时刻，相互推送信息。同时，服务器与客户端之间交换的头信息很小。

总结一下

WebSocket和HTTP的区别：
相同点：

都是基于tcp的，都是可靠性传输协议
都是应用层协议

不同点：

WebSocket是双向通信协议，模拟Socket协议，可以双向发送或接受信息；HTTP是单向的。
WebSocket是需要浏览器和服务器握手进行建立连接的；而http是浏览器发起向服务器的连接，服务器预先并不知道这个连接。

WebSocket主要应用场景有以下几类：

即时通讯（QQ、微信、客服）
弹幕
协同编辑
体育实况更新
股票基金报价实时更新
可视化大屏数据实时更新

一、是什么

WebSocket，是一种网络传输协议，位于OSI模型的应用层。可在单个TCP连接上进行全双工通信，能更好的节省服务器资源和带宽并达到实时通迅

客户端和服务器只需要完成一次握手，两者之间就可以创建持久性的连接，并进行双向数据传输

从上图可见，websocket服务器与客户端通过握手连接，连接成功后，两者都能主动的向对方发送或接受数据

而在websocket出现之前，开发实时web应用的方式为轮询

不停地向服务器发送HTTP请求，问有没有数据，有数据的话服务器就用响应报文回应。如果轮询的频率比较高，那么就可以近似地实现“实时通信”的效果。轮询的缺点也很明显，反复发送无效查询请求耗费了大量的带宽和CPU资源。

二、特点

全双工

通信允许数据在两个方向上同时传输，它在能力上相当于两个单工通信方式的结合

例如指 A→B 的同时 B→A ，是瞬时同步的

二进制帧

采用了二进制帧结构，语法、语义与HTTP完全不兼容，相比http/2，WebSocket更侧重于“实时通信”，而HTTP/2更侧重于提高传输效率，所以两者的帧结构也有很大的区别

不像HTTP/2那样定义流，也就不存在多路复用、优先级等特性

自身就是全双工，也不需要服务器推送

协议名

引入ws和wss分别代表明文和密文的websocket协议，且默认端口使用80或443，几乎与http一致


ws://www.chrono.com
ws://www.chrono.com:8080/srv
wss://www.chrono.com:445/im?user_id=xxx

握手

WebSocket也要有一个握手过程，然后才能正式收发数据

客户端发送数据格式如下：


GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13

Connection：必须设置Upgrade，表示客户端希望连接升级
Upgrade：必须设置Websocket，表示希望升级到Websocket协议
Sec-WebSocket-Key：客户端发送的一个base64编码的密文，用于简单的认证秘钥。要求服务端必须返回一个对应加密的“Sec-WebSocket-Accept应答，否则客户端会抛出错误，并关闭连接
Sec-WebSocket-Version ：表示支持的Websocket版本

服务端返回的数据格式：


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：
表示服务端接受WebSocket协议的客户端连接

Sec-WebSocket-Accep：
验证客户端请求报文，同样也是为了防止误连接。具体做法是把请求头里“Sec-WebSocket-Key”的值，加上一个专用的UUID，再计算摘要