对 WebSocket 的理解+应用场景

简版

WebSocketHTML5 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。

WebSocketHTTP 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 WebsocketHTTP 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/2WebSocket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

优点

  • 较少的控制开销:数据包头部协议较小,不同于 http 每次请求需要携带完整的头部
  • 更强的实时性:相对于 HTTP 请求需要等待客户端发起请求服务端才能响应,延迟明显更少
  • 保持创连接状态:创建通信后,可省略状态信息,不同于 HTTP 每次请求需要携带身份验证
  • 更好的二进制支持:定义了二进制帧,更好处理二进制内容
  • 支持扩展:用户可以扩展 websocket 协议、实现部分自定义的子协议
  • 更好的压缩效果Websocket 在适当的扩展支持下,可以沿用之前内容的上下文,在传递类似的数据时,可以显著地提高压缩率

三、应用场景

基于websocket的事实通信的特点,其存在的应用场景大概有:

  • 弹幕
  • 媒体聊天
  • 协同编辑
  • 基于位置的应用
  • 体育实况更新
  • 股票基金报价实时更新

参考文献

  • https://zh.wikipedia.org/wiki/WebSocket
  • https://www.oschina.net/translate/9-killer-uses-for-websockets

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