1、前言

对于很多初次接触Web端即时通讯技术的人来说，WebSocket是个很新的概念，但无疑它是当前Web端即时通讯技术中最热门的关键词。随便点开一篇文章，只要说打算开发Web端即时通讯相关的的应用，老司机们推荐的无一例外都是WebSocket。

那么好了，我知道应该用WebSocket，但本着知其然知其所以然的码农习惯，我还是需要了解下面这些问题：

Socket 和 WebSocket 有哪些区别和联系？
WebSocket 和 HTML5 是什么关系？
必须在浏览器中才能使用 WebSocket 吗？
WebSocket 能和 Socket 一样传输 raw 数据么？
WebSocket 和 Socket 相比会多耗费流量么？

但是，目前网上全面介绍这两种协议的中文文章并不多，或者说不够全面。我无法找到一篇文章能解决上面的所有问题。因此，我写了本文，把找到的 Socket 和 WebSocket 的相关资料做一个梳理，以方便理解。

本文并不能直接完整回答上面提出的几个问题，但读完本文，要理解上面的那些问题，是很容易的事。由于能力有限，本文不可能很长。而且，技术细节并非所有人都愿意仔细了解。但本文包含了大量的外部链接，跟随这些链接，可以找到足够多的细节，满足你/我的求知欲。Are you ready？

2、系列文章

本文是系列文章中的第5篇，本系列文章的大纲如下：

《WebSocket详解（一）：初步认识WebSocket技术》
《WebSocket详解（二）：技术原理、代码演示和应用案例》
《WebSocket详解（三）：深入WebSocket通信协议细节》
《WebSocket详解（四）：刨根问底HTTP与WebSocket的关系(上篇)》
《WebSocket详解（五）：刨根问底HTTP与WebSocket的关系(下篇)》
《WebSocket详解（六）：刨根问底WebSocket与Socket的关系》（本文）
《WebSocket详解（七）：WebSocket协议与Socket.io开源工程》

3、更多资料

Web端即时通讯新手入门贴：
《新手入门贴：详解Web端即时通讯技术的原理》

Web端即时通讯技术盘点请参见：
《Web端即时通讯技术盘点：短轮询、Comet、Websocket、SSE》

关于Ajax短轮询：
找这方面的资料没什么意义，除非忽悠客户，否则请考虑其它3种方案即可。

有关Comet技术的详细介绍请参见：
《Comet技术详解：基于HTTP长连接的Web端实时通信技术》
《WEB端即时通讯：HTTP长连接、长轮询（long polling）详解》
《WEB端即时通讯：不用WebSocket也一样能搞定消息的即时性》
《开源Comet服务器iComet：支持百万并发的Web端即时通讯方案》

有关WebSocket的详细介绍请参见：
《新手快速入门：WebSocket简明教程》
《WebSocket详解（一）：初步认识WebSocket技术》
《WebSocket详解（二）：技术原理、代码演示和应用案例》
《WebSocket详解（三）：深入WebSocket通信协议细节》
《Socket.IO介绍：支持WebSocket、用于WEB端的即时通讯的框架》
《socket.io和websocket 之间是什么关系？有什么区别？》

有关SSE的详细介绍文章请参见：
《SSE技术详解：一种全新的HTML5服务器推送事件技术》

更多WEB端即时通讯文章请见：
http://www.52im.net/forum.php?mod=collection&action=view&ctid=15

4、技术对比

选择了 WebSocket 技术之后，不可避免的，我要将它和其他协议以及技术做一下比较。最常见的，就是需要比较 WebSocket 与 HTTP、Socket 技术的异同。本系列文章中《WebSocket详解（四）：刨根问底HTTP与WebSocket的关系(上篇)》、《WebSocket详解（五）：刨根问底HTTP与WebSocket的关系(下篇)》两篇详细讨论了WebSocket和HTTP的关系，那么本篇将只讨论WebSocket和Socket的话题。

WebSocket 是为了满足基于 Web 的日益增长的实时通信需求而产生的。在传统的 Web 中，要实现实时通信（比如网页的QQ，聊天系统等），通用的方式是采用 HTTP 协议不断发送请求（按照以往的技术能力通常是采用轮询、Comet技术解决）。

HTTP协议是非持久化的，单向的网络协议，在建立连接后只允许浏览器向服务器发出请求后，服务器才能返回相应的数据。当需要即时通讯时，通过轮询在特定的时间间隔（如1秒），由浏览器向服务器发送Request请求，然后将最新的数据返回给浏览器。这样的方法最明显的缺点就是需要不断的发送请求，而且通常HTTP request的Header是非常长的，为了传输一个很小的数据需要付出巨大的代价，是很不合算的，占用了很多的宽带。这种方式即浪费带宽（HTTP HEAD 是比较大的），又消耗服务器 CPU 占用（没有信息也要接受请求）。

WebSocket详解（六）：刨根问底WebSocket与Socket的关系_1.gif

WebSocket详解（六）：刨根问底WebSocket与Socket的关系_1.gif

▲ 轮询和WebSocket技术在网络延迟上的对比（本图来自：websocket.org）

而是用 WebSocket 技术，则会大幅降低上面提到的消耗，如下图所示。

WebSocket详解（六）：刨根问底WebSocket与Socket的关系_2.gif

WebSocket详解（六）：刨根问底WebSocket与Socket的关系_2.gif

▲ 轮询和WebSocket技术在数据流量消耗上的对比（本图来自：websocket.org）

关于更详细的描述，尹立的这篇文章讲得非常好：《WebSocket（2）–为什么引入WebSocket协议》。

那么，WebSocket 到底和 Socket 又有什么联系？这就要讲到 OSI 模型和 TCP/IP 协议族。

5、OSI 模型与 TCP/IP

以下是维基百科中关于OSI 模型的说明：

开放式系统互联通信参考模型（英语：Open System Interconnection Reference Model，ISO/IEC 7498-1），简称为OSI模型（OSI model），一种概念模型，由国际标准化组织（ISO）提出，一个试图使各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架。

而 TCP/IP 协议可以看做是对 OSI 模型的一种简化（以下内容来自维基百科）：

它将软件通信过程抽象化为四个抽象层，采取协议堆叠的方式，分别实作出不同通信协议。协议套组下的各种协议，依其功能不同，被分别归属到这四个阶层之中7，常被视为是简化的七层OSI模型。

这里有一张图详细介绍了 TCP/IP 协议族中的各个协议在 OSI模型中的分布，一图胜千言（此图高清版：点此下载）：
WebSocket详解（六）：刨根问底WebSocket与Socket的关系_1111.png

WebSocket详解（六）：刨根问底WebSocket与Socket的关系_1111.png

TCP/IP 协议和 OSI 模型的内容，在互联网上有很多。我没有必要再次介绍它们。在这里，我们只需要知道，HTTP、WebSocket 等协议都是处于 OSI 模型的最高层：应用层。而 IP 协议工作在网络层（第3层），TCP 协议工作在传输层（第4层）。

至于 OSI 模型的各个层次都有什么系统和它们对应，这里有篇很好的文章可以满足大家的求知欲：OSI七层模型详解。

6、WebSocket 与 TCP

从上面的图中可以看出，HTTP、WebSocket 等应用层协议，都是基于 TCP 协议来传输数据的，我们可以把这些高级协议理解成对 TCP 的封装。

既然大家都使用 TCP 协议，那么大家的连接和断开，都要遵循 TCP 协议中的三次握手和四次握手，只是在连接之后发送的内容不同，或者是断开的时间不同。

更详细内容可阅读：《wireshark抓包图解 TCP三次握手/四次挥手详解》。

对于 WebSocket 来说，它必须依赖 HTTP 协议进行一次握手，握手成功后，数据就直接从 TCP 通道传输，与 HTTP 无关了（具体可见文章《WebSocket详解（五）：刨根问底HTTP与WebSocket的关系(下篇)》）。

7、再来八卦一下WebSocket的由来

由于年代久远，计算机方面很多事情也搞不了那么清楚。但WebSocket是一个很新的东西，可以让我们看到它是如何成为现在我们看到的这个样子的。

7.1WHATWG(Web Hypertext Application Technology Working Group)

关于HTML5的故事很多人都是知道的，w3c放弃了HTML，然后有一群人（也有说是这些人供职的公司，不过官方的文档上是说的个人）创立了WHATWG组织来推动HTML语言的继续发展，同时，他们还发展了很多关于Web的技术标准，这些标准不断地被官方所接受。WebSocket就属于WHATWG发布的Web Application的一部分（即HTML5）的产物。

7.2为什么会有WebSocket

大约在08年的时候，WG的工程师在讨论网络环境中需要一种全双工的连接形式，刚开始一直叫做「TCPConnection」，并讨论了这种协议需要支持的功能，大致已经和我们今天看到的WebSocket差不多了。他们认为基于现有的HTTP之上的一些技术（如长轮询、Comet）并满足不了这种需求，有必要定义一个全新的协议。

7.3名称的由来

在很多的关于HTML5或者WebSocket的文档中，都能看到一个名字，Hixie（Ian Hickson），他是WHATWG组织的发言人，曾供职于Netscape、Opera、Google，看工作的公司就知道这个人的背景了。

WebSocket详解（六）：刨根问底WebSocket与Socket的关系_x.jpg

WebSocket详解（六）：刨根问底WebSocket与Socket的关系_x.jpg

▲ hixie

08年6月18日，一群WHATWG的工程师在讨论一些技术问题，一个工程师提到说「我们之前讨论的那个东西，不要叫TCPConnection 了，还是起个别的名字吧」，接着几个名字被提及，DuplexConnection，TCPSocket，SocketConnection ，一个叫mcarter（Michael Carter ）的工程师说他马上要写一篇关于Comet的文章，如果可以确定这个名称，想在文章中引用这个名字。

Socket一直以来都被人用来表示网络中一个连接的两端，考虑到怎么让工程师更容易接受，后来Hixie说了一句「我看WebSocket这个名字就很适合嘛（Hixie briefly pops back online to record that "WebSocket" would probably be a good new name for the TCPConnection object）」，大家都没有异议，紧接着mcarter在Comet Daily中发表了文章《Independence Day: HTML5 WebSocket Liberates Comet From Hacks》，后来随着各大浏览器对WebSocket的支持，它变成了实际的标准，IETF也沿用了这个名字。

下边是在WHATWG文档中对WebSocket接口的定义：

enum BinaryType { "blob", "arraybuffer" };
[Constructor(USVString url, optional (DOMString or sequence<DOMString>) protocols = []), Exposed=(Window,Worker)]
interface WebSocket : EventTarget {
  readonly attribute USVString url;
 
  // ready state
  const unsigned short CONNECTING = 0;
  const unsigned short OPEN = 1;
  const unsigned short CLOSING = 2;
  const unsigned short CLOSED = 3;
  readonly attribute unsigned short readyState;
  readonly attribute unsigned long long bufferedAmount;
 
  // networking
  attribute EventHandler onopen;
  attribute EventHandler onerror;
  attribute EventHandler onclose;
  readonly attribute DOMString extensions;
  readonly attribute DOMString protocol;
  void close([Clamp] optional unsigned short code, optional USVString reason);
 
  // messaging
  attribute EventHandler onmessage;
  attribute BinaryType binaryType;
  void send(USVString data);
  void send(Blob data);
  void send(ArrayBuffer data);
  void send(ArrayBufferView data);
};

8、再来看看Socket

Socket可以有很多意思，和IT较相关的本意大致是指在端到端的一个连接中，这两个端叫做Socket。对于IT从业者来说，它往往指的是TCP/IP网络环境中的两个连接端，大多数的API提供者（如操作系统，JDK）往往会提供基于这种概念的接口，所以对于开发者来说也往往是在说一种编程概念。同时，操作系统中进程间通信也有Socket的概念，但这个Socket就不是基于网络传输层的协议了。

8.1Unix中的Socket

操作系统中也有使用到Socket这个概念用来进行进程间通信，它和通常说的基于TCP/IP的Socket概念十分相似，代表了在操作系统中传输数据的两方，只是它不再基于网络协议，而是操作系统本身的文件系统。

8.2网络中的Socket

通常所说的Socket API，是指操作系统中（也可能不是操作系统）提供的对于传输层（TCP/UDP）抽象的接口。现行的Socket API大致都是遵循了BSD Socket规范（包括Windows）。这里称规范其实不太准确，规范其实是POSIX，但BSD Unix中对于Socket的实现被广为使用，所以成为了实际的规范。如果你要使用HTTP来构建服务，那么就不需要关心Socket，如果你想基于TCP/IP来构建服务，那么Socket可能就是你会接触到的API。

WebSocket详解（六）：刨根问底WebSocket与Socket的关系_3.png

WebSocket详解（六）：刨根问底WebSocket与Socket的关系_3.png

▲ 在TCP/IP网络中HTTP的位置

从上图中可以看到，HTTP是基于传输层的TCP协议的，而Socket API也是，所以只是从使用上说，可以认为Socket和HTTP类似（但一个是成文的互联网协议，一个是一直沿用的一种编程概念），是对于传输层协议的另一种直接使用，因为按照设计，网络对用户的接口都应该在应用层。

8.3Socket名称的由来

和很多其他Internet上的事物一样，Socket这个名称来自于大名鼎鼎的ARPANET（Advanced Research Projects Agency），早期ARPANET中的Socket指的是一个源或者目的地址——大致就是今天我们所说的IP地址和端口号。最早的时候一个Socket指的是一个40位的数字（RFC33中说明了此用法，但在RFC36中并没有明确地说使用40位数字来标识一个地址），其中前32为指向的地址（socket number，大致相当于IP），后8位为发送数据的源（link，大致相当于端口号）。对他们的叫法有很多的版本，这里列举的并不严谨。

8.4端口号的野史

随着ARPANET的发展，后来（RFC433，Socket Number List）socket number被明确地定义为一个40位的数字，其中后8位被用来制定某个特定的应用使用（比如1是Telnet）。这8位数有很多名字：link、socket name、AEN（another eight number，看到这个名字我也是醉了），工程师逗逼起来也是挺拼的。

后来在Internet的规范制定中，才真正的用起了port number这个词。至于为什么端口号是16位的，我想可能有两个原因，一是对于当时的工程师来说，如果每个端口号来标识一个程序，65535个端口号也差不多够用了。二可能是为了对齐吧，_!!。

8.5Socket原本的意思

在上边提到的历史中使用到的Socket，包括TCP文档中使用到的Socket，其实指的是网络传输中的一端，是一个虚拟化的概念。

9、Socket 与 WebSocket 的关系

正如上节所述：Socket 其实并不是一个协议，它工作在 OSI 模型会话层（第5层），是为了方便大家直接使用更底层协议（一般是 TCP 或 UDP ）而存在的一个抽象层。

最早的一套 Socket API 是 Berkeley sockets ，采用 C 语言实现。它是 Socket 的事实标准，POSIX sockets 是基于它构建的，多种编程语言都遵循这套 API，在 JAVA、Python 中都能看到这套 API 的影子。

下面摘录一段更容易理解的文字（来自 http和socket之长连接和短连接区别）：

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

主机 A 的应用程序要能和主机 B 的应用程序通信，必须通过 Socket 建立连接，而建立 Socket 连接必须需要底层 TCP/IP 协议来建立 TCP 连接。建立 TCP 连接需要底层 IP 协议来寻址网络中的主机。我们知道网络层使用的 IP 协议可以帮助我们根据 IP 地址来找到目标主机，但是一台主机上可能运行着多个应用程序，如何才能与指定的应用程序通信就要通过 TCP 或 UPD 的地址也就是端口号来指定。这样就可以通过一个 Socket 实例唯一代表一个主机上的一个应用程序的通信链路了。

WebSocket详解（六）：刨根问底WebSocket与Socket的关系_4.gif

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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。

所以，从使用上来说，WebSocket 更易用，而 Socket 更灵活。

9、最后提一下 HTML5 与 WebSocket 的关系

WebSocket API是 HTML5 标准的一部分，但这并不代表 WebSocket 一定要用在 HTML 中，或者只能在基于浏览器的应用程序中使用。

实际上，许多语言、框架和服务器都提供了 WebSocket 支持，例如：

1）基于 C 的 libwebsocket.org；
2）基于 Node.js 的 Socket.io；
3）基于 Python 的 ws4py；
4）基于 C++ 的 WebSocket++；
5）Apache 对 WebSocket 的支持： Apache Module mod_proxy_wstunnel；
6）Nginx 对 WebSockets 的支持： NGINX as a WebSockets Proxy 、 NGINX Announces Support for WebSocket Protocol 、WebSocket proxying；
7）lighttpd 对 WebSocket 的支持：mod_websocket。

附录：其它Web端即时通讯技术文章

《新手入门贴：史上最全Web端即时通讯技术原理详解》
《Web端即时通讯技术盘点：短轮询、Comet、Websocket、SSE》
《SSE技术详解：一种全新的HTML5服务器推送事件技术》
《Comet技术详解：基于HTTP长连接的Web端实时通信技术》
《新手快速入门：WebSocket简明教程》
《socket.io实现消息推送的一点实践及思路》
《LinkedIn的Web端即时通讯实践：实现单机几十万条长连接》
《Web端即时通讯技术的发展与WebSocket、Socket.io的技术实践》
《Web端即时通讯安全：跨站点WebSocket劫持漏洞详解(含示例代码)》
《开源框架Pomelo实践：搭建Web端高性能分布式IM聊天服务器》
《使用WebSocket和SSE技术实现Web端消息推送》
《详解Web端通信方式的演进：从Ajax、JSONP 到 SSE、Websocket》
《MobileIMSDK-Web的网络层框架为何使用的是Socket.io而不是Netty？》
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