WebSocket 相关总结

什么是WebSocket

WebSocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的网络层协议。

画外音：

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。全双工指可以同时（瞬时）进行信号的双向传输（A→B且B→A）。指A→B的同时B→A，是瞬时同步的。

半双工：通信一个时间段内只有一个动作发生，举个简单例子，一条窄窄的马路，同时只能有一辆车通过，当目前有两辆车对开，这种情况下就只能一辆先过，等到头儿后另一辆再开，这个例子就形象的说明了半双工的原理。

单工：通信只允许甲方向乙方传送信息，而乙方不能向甲方传送。（比喻汽车的单行道。）
为什么有了Http还需要WebSocket？（Http和WebSocket的区别）

Http单向请求的特点，注定了如果服务器有连续的状态变化，客户端要获知就非常麻烦。我们只能使用"轮询"：每隔一段时候，就发出一个询问，了解服务器有没有新的信息。最典型的场景就是聊天室。

轮询的效率低，非常浪费资源（因为必须不停连接，或者 HTTP 连接始终打开）。因此，工程师们一直在思考，有没有更好的方法。WebSocket 就是这样发明的。
不使用WebSocket能用别的实现替换吗？
1. 短轮询：其实就是普通的轮询。指在特定的的时间间隔（如每1秒），由浏览器对服务器发出HTTP request，然后由服务器返回最新的数据给客户端的浏览器。
2. 长轮询：客户端向服务器发送Ajax请求，服务器接到请求后hold住连接，直到有新消息才返回响应信息并关闭连接，客户端处理完响应信息后再向服务器发送新的请求。
3. Server-sent Events：是WebSocket 的一种轻量代替方案，使用 HTTP 协议。SSE 是单向通道，只能服务器向客户端发送消息，如果客户端需要向服务器发送消息，则需要一个新的 HTTP 请求。这对比 WebSocket 的双工通道来说，会有更大的开销。这么一来的话就会存在一个「什么时候才需要关心这个差异？」的问题，如果平均每秒会向服务器发送一次消息的话，那应该选择 WebSocket。如果一分钟仅 5 - 6 次的话，其实这个差异并不大。
WebSocket的结构

主要关注：

Opcode: 4 bit ，操作码，如果收到一个未知的操作码，接收终端必须断开WebSocket连接。

0 表示一个持续帧

1 表示一个文本帧

2 表示一个二进制帧

3-7 预留给以后的非控制帧

8 表示一个连接关闭包

9 表示一个ping包

A 表示一个pong包

B-F 预留给以后的控制帧
WebSocket通信的三个过程
1. 握手阶段
  
  WebSocket利用了Http进行握手，相比于Http有如下的区别：
  
  WebSocket 的请求和响应格式：
  
  客户端握手请求：
```
       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
```
  服务端握手响应：
```
        HTTP/1.1 101 Switching Protocols
        Upgrade: websocket
        Connection: Upgrade
        Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
        Sec-WebSocket-Protocol: chat
```
  - Upgrade：
    表示HTTP协议升级为webSocket
  - connection:Upgrade 请求升级。
  - Sec-WebSocket-Key：
    用于服务端进行标识认证，生成全局唯一id,GUID。WebSocket 中 Sec-WebSocket-Key 的生成算法是拼接服务端和客户端生成的字符串，进行SHA1哈希算法，再用base64编码
  - Sec-WebSocket-Version：WebSocket协议版本
  - Sec-WebSocket-Protocol: 请求服务端使用指定的子协议。
    如果指定了这个字段，服务器需要包含相同的字段，并且从子协议的之中选择一个值作为建立连接的响应。
  - Sec-WebSocket-Extensions: WebSocket的扩展。
  - Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo= 生成的全局唯一id，GUID。
2. 数据交换阶段
3. 关闭阶段
WebSocket的心跳机制

为什么需要心跳机制呢？如果没有心跳机制维护WebSocket连接，服务端到时候就会维护着一堆烂连接，占用资源，所以这里如果是面向外部开放的必须要维护。

websocket协议本身有没有心跳机制，需要自己去定时检测。

posted @ 2021-11-10 19:41 rongbu2 阅读(38) 评论(0) 收藏举报

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