WebSocket解說以及協(xié)議

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WebSocket是HTML5新增的協(xié)議，它的目的是在瀏覽器和服務(wù)器之間建立一個(gè)不受限的雙向通信的通道，比如說，服務(wù)器可以在任意時(shí)刻發(fā)送消息給瀏覽器。

為什么傳統(tǒng)的HTTP協(xié)議不能做到WebSocket實(shí)現(xiàn)的功能？這是因?yàn)镠TTP協(xié)議是一個(gè)請求－響應(yīng)協(xié)議，請求必須先由瀏覽器發(fā)給服務(wù)器，服務(wù)器才能響應(yīng)這個(gè)請求，再把數(shù)據(jù)發(fā)送給瀏覽器。換句話說，瀏覽器不主動請求，服務(wù)器是沒法主動發(fā)數(shù)據(jù)給瀏覽器的。

這樣一來，要在瀏覽器中搞一個(gè)實(shí)時(shí)聊天，在線炒股（不鼓勵），或者在線多人游戲的話就沒法實(shí)現(xiàn)了，只能借助Flash這些插件。

也有人說，HTTP協(xié)議其實(shí)也能實(shí)現(xiàn)啊，比如用輪詢或者Comet。輪詢是指瀏覽器通過JavaScript啟動一個(gè)定時(shí)器，然后以固定的間隔給服務(wù)器發(fā)請求，詢問服務(wù)器有沒有新消息。這個(gè)機(jī)制的缺點(diǎn)一是實(shí)時(shí)性不夠，二是頻繁的請求會給服務(wù)器帶來極大的壓力。

Comet本質(zhì)上也是輪詢，但是在沒有消息的情況下，服務(wù)器先拖一段時(shí)間，等到有消息了再回復(fù)。這個(gè)機(jī)制暫時(shí)地解決了實(shí)時(shí)性問題，但是它帶來了新的問題：以多線程模式運(yùn)行的服務(wù)器會讓大部分線程大部分時(shí)間都處于掛起狀態(tài)，極大地浪費(fèi)服務(wù)器資源。另外，一個(gè)HTTP連接在長時(shí)間沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，鏈路上的任何一個(gè)網(wǎng)關(guān)都可能關(guān)閉這個(gè)連接，而網(wǎng)關(guān)是我們不可控的，這就要求Comet連接必須定期發(fā)一些ping數(shù)據(jù)表示連接“正常工作”。

以上兩種機(jī)制都治標(biāo)不治本，所以，HTML5推出了WebSocket標(biāo)準(zhǔn)，讓瀏覽器和服務(wù)器之間可以建立無限制的全雙工通信，任何一方都可以主動發(fā)消息給對方。

WebSocket協(xié)議

WebSocket并不是全新的協(xié)議，而是利用了HTTP協(xié)議來建立連接。我們來看看WebSocket連接是如何創(chuàng)建的。

首先，WebSocket連接必須由瀏覽器發(fā)起，因?yàn)檎埱髤f(xié)議是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的HTTP請求，格式如下：

GET ws://localhost:3000/ws/chat HTTP/1.1
Host: localhost
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Origin: http://localhost:3000
Sec-WebSocket-Key: client-random-string
Sec-WebSocket-Version: 13

該請求和普通的HTTP請求有幾點(diǎn)不同：

1. GET請求的地址不是類似/path/，而是以ws://開頭的地址；
2. 請求頭Upgrade: websocket和Connection: Upgrade表示這個(gè)連接將要被轉(zhuǎn)換為WebSocket連接；
3. Sec-WebSocket-Key是用于標(biāo)識這個(gè)連接，并非用于加密數(shù)據(jù)；
4. Sec-WebSocket-Version指定了WebSocket的協(xié)議版本。

隨后，服務(wù)器如果接受該請求，就會返回如下響應(yīng)：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: server-random-string

該響應(yīng)代碼101表示本次連接的HTTP協(xié)議即將被更改，更改后的協(xié)議就是Upgrade: websocket指定的WebSocket協(xié)議。

版本號和子協(xié)議規(guī)定了雙方能理解的數(shù)據(jù)格式，以及是否支持壓縮等等。如果僅使用WebSocket的API，就不需要關(guān)心這些。

現(xiàn)在，一個(gè)WebSocket連接就建立成功，瀏覽器和服務(wù)器就可以隨時(shí)主動發(fā)送消息給對方。消息有兩種，一種是文本，一種是二進(jìn)制數(shù)據(jù)。通常，我們可以發(fā)送JSON格式的文本，這樣，在瀏覽器處理起來就十分容易。

為什么WebSocket連接可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信而HTTP連接不行呢？實(shí)際上HTTP協(xié)議是建立在TCP協(xié)議之上的，TCP協(xié)議本身就實(shí)現(xiàn)了全雙工通信，但是HTTP協(xié)議的請求－應(yīng)答機(jī)制限制了全雙工通信。WebSocket連接建立以后，其實(shí)只是簡單規(guī)定了一下：接下來，咱們通信就不使用HTTP協(xié)議了，直接互相發(fā)數(shù)據(jù)吧。

安全的WebSocket連接機(jī)制和HTTPS類似。首先，瀏覽器用wss://xxx創(chuàng)建WebSocket連接時(shí)，會先通過HTTPS創(chuàng)建安全的連接，然后，該HTTPS連接升級為WebSocket連接，底層通信走的仍然是安全的SSL/TLS協(xié)議。

瀏覽器

很顯然，要支持WebSocket通信，瀏覽器得支持這個(gè)協(xié)議，這樣才能發(fā)出ws://xxx的請求。目前，支持WebSocket的主流瀏覽器如下：

• Chrome
• Firefox
• IE >= 10
• Sarafi >= 6
• Android >= 4.4
• iOS >= 8

服務(wù)器

由于WebSocket是一個(gè)協(xié)議，服務(wù)器具體怎么實(shí)現(xiàn)，取決于所用編程語言和框架本身。Node.js本身支持的協(xié)議包括TCP協(xié)議和HTTP協(xié)議，要支持WebSocket協(xié)議，需要對Node.js提供的HTTPServer做額外的開發(fā)。已經(jīng)有若干基于Node.js的穩(wěn)定可靠的WebSocket實(shí)現(xiàn)，我們直接用npm安裝使用即可。

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所寫所說，是心之所感，思之所悟，行之所得；文當(dāng)無敷衍，落筆求簡潔。 以所舍，求所獲；有所依，方所成！