Websocket面试题

LDX前端校草
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  1. WebSocket是什么？它与HTTP有何不同点？
  2. WebSocket如何实现客户端和服务端之间的双向通信？
  3. WebSocket的底层通讯机制是怎样的？
  4. WebSocket中的掩码作用是什么？
  5. 如何在浏览器中使用WebSocket API？
  6. WebSocket连接过程中的握手流程是怎样的？
  7. 在WebSocket中，如何保证数据的可靠性？
  8. WebSocket与长轮询(long-polling)相比，有何优势？
  9. 当WebSocket断开连接时，客户端和服务端如何处理？
  10. 你在项目中使用过WebSocket技术吗？具体是如何应用的？
  11. WebSocket 是什么，与 HTTP 的区别是什么？
  12. WebSocket 建立连接的过程是怎样的？
  13. 在使用 WebSocket 时，如何判断当前浏览器是否支持 WebSocket？
  14. WebSocket 的发送和接收消息有哪些方式？
  15. 为什么 WebSocket 需要掩码（Masking）？如何实现掩码？
  16. 当使用 WebSocket 进行通信时，需要注意哪些安全性问题？
  17. 请解释 @ServerEndpoint、@OnOpen、@OnMessage、@OnClose 注解的作用？
  18. 如何关闭 WebSocket 连接？
  19. 使用 WebSocket 能够实现哪些具体的功能应用？

WebSocket是什么？它与HTTP有何不同点？

WebSocket 是一种在单个 TCP 连接上进行全双工通信的协议。与传统的 HTTP 协议不同，WebSocket 是一个有状态的协议，这意味着它可以在客户端和服务器之间保持活动状态直到被任何一方终止。

与 HTTP 相比，WebSocket 具有以下不同点：

  1. 建立连接的方式不同：HTTP 是请求-响应模式，每次通讯都需要建立新的连接和断开连接；而 WebSocket 则是基于已经建立好的 TCP 连接，在连接建立之后可以实现服务器和客户端之间的全双工通信，避免了频繁建立连接的开销。
  2. 通讯方式不同：HTTP 采用文本协议，通讯数据包较大；而 WebSocket 采用二进制协议，通讯数据包较小。
  3. 支持的通讯模式不同：HTTP 只支持单向请求和响应，即客户端发送请求后，服务器返回响应；而 WebSocket 支持服务器推送信息到客户端。
  4. 传输效率不同：由于 WebSocket 可以复用同一个连接，无需重复建立和销毁连接，因此它的传输效率比 HTTP 更高。

综上所述，WebSocket 与 HTTP 在通讯方式、通讯模式、性能等方面均存在不同点。WebSocket 的优势在于可以在客户端和服务器之间实现全双工通讯，从而使得实时性更高，数据传输更为高效。

WebSocket如何实现客户端和服务端之间的双向通信？

WebSocket 可以在客户端和服务端之间建立一条双向通信的通道，实现客户端和服务端之间的全双工通信。

当客户端发起 WebSocket 连接请求时，服务端会响应该请求并建立一条 WebSocket 连接。在连接建立后，客户端和服务端可以通过 send() 方法向对方发送消息，并通过 onmessage 事件监听对方发来的消息。如此便可以实现客户端和服务端之间的双向通信。

具体实现流程如下：

  1. 在客户端使用 JavaScript 的 WebSocket API 创建一个 WebSocket 对象，并指定连接的地址；
  2. 客户端发送连接请求，服务端响应连接请求并建立一条 WebSocket 连接；
  3. 当连接建立之后，客户端通过 send() 方法向服务端发送消息；
  4. 服务端通过 onmessage 事件监听客户端发送的消息，并可以通过 send() 方法向客户端发送消息。

需要注意的是，在进行 WebSocket 通信时，客户端和服务端要协商好通信协议（例如使用的子协议等），同时也需要在通信过程中注意数据的安全性，防止数据被恶意篡改或窃取。

WebSocket的底层通讯机制是怎样的？

WebSocket 是一种基于 TCP 协议的应用层协议，底层通讯机制是通过建立 TCP 连接实现数据的传输。

WebSocket 的连接建立是通过 HTTP 协议来完成的，在建立连接时客户端先发起一个 HTTP 请求，请求头包含了一些特殊的字段，表明客户端希望升级到 WebSocket 协议。服务端收到该请求后会根据请求头中的信息判断是否同意升级到 WebSocket 协议，如果同意则在该 TCP 连接上建立 WebSocket 连接。

在连接建立后，WebSocket 采用了自己的传输协议，在通讯过程中发送的数据帧包含了必要的控制信息和有效载荷。在数据传输过程中，客户端和服务端可以通过发送控制帧来进行连接状态的管理，例如建立、断开连接、心跳等。

需要注意的是，在WebSocket通信过程中，数据的传输是以二进制格式进行的，因此在传输过程中需要考虑数据的编码和解码问题。同时为了保证通讯安全，建议使用加密的WebSocket协议（例如WSS协议）进行数据传输，防止数据被窃取或篡改。

WebSocket中的掩码作用是什么？

WebSocket 中的掩码是为了保证数据传输的安全而设计的。掩码是一个 4 字节的随机数，它和待发送的数据进行异或运算，生成掩码后的数据才会被发送到服务器端。

WebSocket 协议中规定客户端发送给服务端的数据必须进行掩码运算，而服务端发送给客户端的数据则不能进行掩码运算。掩码的作用是在网络传输过程中对数据进行加密，防止数据在传输过程中被网络攻击者截取并篡改。

具体的加密过程如下：

  1. 客户端在发送数据之前生成一个 4 字节的掩码；
  2. 将需要发送的原始数据与掩码按位异或运算，生成掩码后的数据；
  3. 将掩码后的数据发送给服务端；
  4. 服务端接收到数据后不需要进行掩码运算，直接处理数据即可。

需要注意的是，如果数据发送到服务端时没有进行掩码运算，服务端将无法正确处理这条消息。因此，客户端在发送数据时务必遵守 WebSocket 协议，并进行正确的掩码运算。

如何在浏览器中使用WebSocket API

要在浏览器中使用 WebSocket API 来进行 WebSocket 通信，需要按照以下步骤进行操作：

  1. 创建 WebSocket 对象

在 JavaScript 中使用 WebSocket API，首先需要创建一个 WebSocket 对象。创建时需要指定 WebSocket 服务器的 URL 地址，并可以选择是否使用子协议。

javascript复制代码
var ws = new WebSocket("ws://localhost:8080/websocket");
  1. 监听 WebSocket 状态变化事件

WebSocket 在连接建立、连接关闭、连接发生错误等状态变化时会触发相应的事件，为了及时处理这些状态变化，需要对 WebSocket 进行状态监听。

javascript复制代码
ws.onopen = function() {
  // 连接建立成功后的处理
};
ws.onmessage = function(event) {
  // 接收到消息后的处理
};
ws.onclose = function(event) {
  // 连接关闭后的处理
};
ws.onerror = function(event) {
  // 发生错误后的处理
};
  1. 发送数据

在 WebSocket 连接建立后，可以使用 WebSocket 的 send() 方法发送数据。

javascript复制代码
ws.send("Hello, WebSocket!");
  1. 关闭 WebSocket 连接

在完成 WebSocket 通信后，可以使用 WebSocket 的 close() 方法关闭 WebSocket 连接。

javascript复制代码
ws.close();

需要注意的是，在使用 WebSocket API 进行 WebSocket 通信时，必须确保浏览器和服务器都支持 WebSocket 协议。如果浏览器不支持 WebSocket 协议，可以考虑使用轮询等技术进行模拟实现。

WebSocket连接过程中的握手流程是怎样的

WebSocket 连接过程中的握手流程一般分为以下几个步骤：

  1. 客户端发起连接请求

客户端通过类似 HTTP 的方式向 WebSocket 服务器发送连接请求。请求消息格式如下：

复制代码
GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Sec-WebSocket-Version: 13

其中， Upgrade、Connection、Sec-WebSocket-Key 和 Sec-WebSocket-Version 是关键字段，含义如下：

  • Upgrade：表示希望协议升级为 WebSocket。
  • Connection：表示当前使用的连接类型是 Upgrade。
  • Sec-WebSocket-Key：客户端生成的一个随机字符串，用于后续握手过程中计算握手信息。
  • Sec-WebSocket-Version：表示客户端支持的 WebSocket 协议版本号。
  1. 服务端响应连接请求

WebSocket 服务器收到客户端的连接请求后，进行相应的处理，并向客户端发送响应消息。响应消息格式如下：

复制代码
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=

其中， Upgrade、Connection 和 Sec-WebSocket-Accept 是关键字段，含义如下：

  • Upgrade：与客户端一致，表示协议升级为 WebSocket。
  • Connection：与客户端一致，表示当前使用的连接类型是 Upgrade。
  • Sec-WebSocket-Accept：服务端根据客户端的 Sec-WebSocket-Key 计算出来的一个值，用于验证客户端的身份。具体计算方式为将客户端的 Sec-WebSocket-Key 加上一个固定字符串 “258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11”，然后对该结果经过 SHA-1 计算并进行 Base64 编码。
  1. 握手完成

客户端收到服务端的响应消息后，进行相应的处理。如果响应消息符合预期，客户端和服务端之间的 WebSocket 连接就建立成功了，此时便可以进行双向通信了。

需要注意的是，在握手过程中双方还需要处理一些其他的情况，例如客户端没有发送 Sec-WebSocket-Key 或者 Upgrade 等关键字段，服务端返回的状态码不是 101 等等。为了确保 WebSocket 连接的稳定性和安全性，在实现 WebSocket 协议时需要注意这些问题。

在WebSocket中，如何保证数据的可靠性？

WebSocket 协议本身并不提供数据可靠性保障的机制，也就是说在数据传输过程中可能会存在丢包或乱序等问题。为了解决这些问题，可以考虑借助其他协议或技术，下面介绍几种常见的方式：

  1. TCP 协议保证数据可靠性

WebSocket 的底层协议是 TCP，而 TCP 协议本身就具备了数据可靠性保障的机制，能够自动实现数据的分片、重组、重传以及流量控制等功能，可以有效避免因为网络延迟、丢包等原因导致数据不可靠的情况。在 WebSocket 的使用过程中，只要底层的 TCP 连接保持稳定，数据的可靠性就可以得到保障。

  1. WebSocket 内置的应答机制

WebSocket 协议内置了应答 (ACK) 机制，可以在双方建立连接之后，通过心跳包等方式定时发送并接收 ACK 消息，来确保连接的稳定性。当发现数据包发送失败时，可以通过重传相应的数据包来保证数据的可靠性。

  1. 数据包校验

在发送数据包时，可以在数据报头中添加 CRC 校验码或 HMAC 值等验证信息，接收端收到数据后可以通过验证校验码来保证数据的完整性和真实性，从而保证数据的可靠性。

  1. 应用层协议的设计

除了以上几种方式外，还可以在应用层协议的设计中增加数据可靠性保障的机制。例如，在 WebSocket 中可以通过增加包序号、重传机制等方式来保证数据的顺序和完整性，有效避免因为丢包或乱序等问题导致数据不可靠的情况。

WebSocket与长轮询(long-polling)相比，有何优势

WebSocket 相较于长轮询 (long-polling) 具有以下优势：

  1. 实时性更好

WebSocket 可以实现服务器和客户端之间的双向通信，可以随时推送数据给客户端，达到实时更新的效果；而长轮询需要等待服务器返回数据后才能再次发起请求，所以实时性相对较差。

  1. 数据传输更加高效

WebSocket 采用了二进制消息格式和数据帧压缩等技术，可以实现更加高效的数据传输，减少网络流量和延迟，提高通信效率；而长轮询则需要不断发起 HTTP 连接，造成了更多的网络开销和资源浪费。

  1. 内存/CPU 占用更低

长轮询需要不断地建立和释放 HTTP 连接，而 WebSocket 的连接是长时间保持的，可以有效降低服务器内存和 CPU 的占用，提高服务器的性能。

  1. 支持跨域通信

由于安全原因，浏览器禁止使用 XMLHttpRequest 进行跨域通信，而利用 WebSocket 进行跨域通讯是完全允许的，因此 WebSocket 能够更灵活地应用于分布式系统中的各种需求。

综上所述，WebSocket 相比于长轮询，在实时性、数据传输效率、内存/CPU 占用以及跨域通信等方面均具有明显的优势。

当WebSocket断开连接时，客户端和服务端如何处理？

当 WebSocket 断开连接时，客户端和服务端应该采取相应的措施以保证通信的可靠性和稳定性。

一般来说，当 WebSocket 断开连接时，服务端会触发 onclose 事件，客户端可以在此事件中实现断线重连的机制，进行重新连接操作。在重新连接过程中，可以使用指数退避算法等方式来逐渐增加重试的时间间隔，避免一直不断地重试连接造成服务器资源的浪费。

同时，在 WebSocket 断开连接之前，服务端也可以通过向客户端发送 ping 消息来检测客户端是否还处于连接状态，从而尽早发现并解决网络异常问题。

另外，为了防止 WebSocket 连接过程中出现意外情况导致连接无法建立或者出现通信异常情况，在开发时建议采用心跳机制，即定期向服务器发送心跳消息，以保持连接的稳定性。

综上所述，WebSocket 断开连接时，客户端和服务端需要实现相应的处理机制，包括断线重连、ping/pong 检测、心跳机制等，以确保通信的可靠性和稳定性。

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