WebSocket的原理

1. 什么是websocket

• WebSocket是HTML5下一种新的协议（websocket协议本质上是一个基于tcp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是一个持久化的协议

2. websocket的原理

• websocket约定了一个通信的规范，通过一个握手的机制，客户端和服务器之间能建立一个类似tcp的连接，从而方便它们之间的通信
• 在websocket出现之前，web交互一般是基于http协议的短连接或长连接
• websocket是一种全新的协议，不属于http无状态协议，协议名为"ws"

3. websocket的工作流程

WebSocket 的工作过程包括握手阶段和通信阶段：

握手阶段：

a. 客户端发起一个 HTTP 请求，请求升级到 WebSocket 协议。这个请求包含了一些特殊的头信息，表明客户端希望建立 WebSocket 连接。

b. 服务器收到这个请求后，会进行升级协议的操作，如果支持 WebSocket，它将回复一个 HTTP 101 状态码，表示成功升级到 WebSocket 协议。

c. 一旦协议升级完成，客户端和服务器之间的连接就变成了全双工，保持开放状态，可以双向通信。

通信阶段：

a. 客户端和服务器可以互相发送消息，这些消息都是以帧（frames）的形式进行传输，而不是传统的 HTTP 请求和响应。

b. 服务器可以主动向客户端推送消息，而客户端也可以主动向服务器发送消息。这种双向通信在实时性要求高的应用中非常有用，比如在线聊天、股票市场数据推送等。

关闭连接：

a. 当双方中的一方决定关闭连接时，它会发送一个关闭帧，通知另一方关闭连接。

b. 另一方收到关闭帧后，也会回复一个关闭帧，然后双方都关闭连接。

注意：

HTTP 有 1.1 和 1.0 之说，也就是所谓的 keep-alive ，把多个 HTTP 请求合并为一个，但是 Websocket 其实是一个新协议，跟 HTTP 协议基本没有关系，只是为了兼容现有浏览器，所以在握手阶段使用了 HTTP 。

4. WebSocket的特点

• 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。

• 协议标识符是ws（如果加密，则为wss），服务器网址就是 URL。

5. 为什么WebSocket 可以实现持久连接

1）协议支持：WebSocket 是一种专门设计用于实现持久连接的协议，与传统的 HTTP 不同。HTTP 是一种请求-响应协议，每次请求后都会关闭连接。WebSocket 则建立在一次握手之后，保持连接开放状态，允许双向通信。

2）资源节约：传统的 HTTP 建立和关闭连接会消耗网络资源和时间。WebSocket 的持久连接避免了这种开销，因此更适用于实时通信的场景。

3）实时性：在某些应用中，特别是需要实时性的应用，WebSocket 的持久连接允许服务器主动向客户端推送数据，而不需要等待客户端的请求。这对于在线聊天、实时游戏、股票市场数据等应用非常重要。

6. websocket与http的关系

1）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
2）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
3）联系：
WebSocket在建立握手时，数据是通过HTTP传输的。但是建立之后，在真正传输时候是不需要HTTP协议的

4）小结（总体过程）
首先，客户端发起http请求，经过3次握手后，建立起TCP连接；http请求里存放WebSocket支持的版本号等信息，如：Upgrade、Connection、WebSocket-Version等；
然后，服务器收到客户端的握手请求后，同样采用HTTP协议回馈数据；
最后，客户端收到连接成功的消息后，开始借助于TCP传输信道进行全双工通信。

7. http存在的问题及改进方案

• http是一种无状态协议，每当一次会话完成后，服务端都不知道下一次的客户端是谁，需要每次知道对方是谁，才进行相应的响应，因此本身对于实时通讯就是一种极大的障碍
• http协议采用一次请求，一次响应，每次请求和响应就携带有大量的header头，对于实时通讯来说，解析请求头也是需要一定的时间，因此，效率也更低下
• 最重要的是，需要客户端主动发，服务端被动发，也就是一次请求，一次响应，不能实现主动发送

1） 解决方案一：long poll(长轮询)

原理跟 ajax轮询 差不多，都是采用轮询的方式，不过采取的是阻塞模型（一直打电话，没收到就不挂电话），也就是说，客户端发起请求后，如果没消息，就一直不返回 Response 给客户端。直到有消息才返回，返回完之后，客户端再次建立连接，周而复始。

2） 解决方案二：Ajax轮询

让浏览器隔个几秒就发送一次请求，询问服务器是否有新信息。

8. websocket的改进

　　一旦WebSocket连接建立后，后续数据都以帧序列的形式传输。在客户端断开WebSocket连接或Server端中断连接前，不需要客户端和服务端重新发起连接请求。在海量并发及客户端与服务器交互负载流量大的情况下，极大的节省了网络带宽资源的消耗，有明显的性能优势，且客户端发送和接受消息是在同一个持久连接上发起，实现了“真·长链接”，实时性优势明显。

9. 附加

1）为什么项目组中使用WebSocket技术

当在处理页面数据自动更新的时候，在使用js不断的请求服务器，查看是否有新数据，如果有就获取到新数据，进行对页面信息的更新，但当页面长时间没有更新数据时，这样就会存在资源浪费的情况，所以才会使用WebSocket来解决。

2）UDP和TCP协议的概念

TCP是先为所发送的数据开辟出连接好的通道，然后再进行数据发送；而UDP则不为IP提供可靠性、流控或差错恢复功能。一般来说，TCP对应的是可靠性要求高的应用，而UDP对应的则是可靠性要求低、传输经济的应用。

3）什么是WebSocket

WebSocket是HTML5一种新的协议，WebSocket是真正实现了全双工通信的服务器向客户端推的互联网技术，是一种在单个TCP连接上进行全双工通讯协议。

4）全双工通讯协议的概念

全双工是通讯传输的一个术语。通信允许数据在两个方向上同时传输，他在能力上相当于两个单工通信方式的结合。全双工指可以同时进行信号的双向传输。

全双工：例如使用的手机就是全双工，在同一时刻两个用户可以同时给对方传送数据;

半双工：例如使用的对讲机，当A方按住通话按钮才可以向B方传送数据，B方也是，但在同一时刻只有一个用户能够传送数据（A/B用户都可以传递信息，但是不能够同时传递）;

单工：例如看电视时，只能接收对方发送的信息，不能够给对方传递信息。

5）WebSocket和Socket的区别是什么

Socket是应用层与TCP/IP协议通信的中间软件抽象层，它是一组接口。而WebSocket则不同，它是一个完整的应用层协议，包含一套标准的API。

6）Http与WebSocket的区别

http协议是短链接，因为请求之后，都会关闭连接，下次重新请求数据，需要再次打开连接。WebSocket协议是一种长连接，只需要通过一次请求来初始化链接，然后所有的请求和响应都是通过这个TCP链接进行通信。