WebSocket详解WebSocket一种基于TCP协议的通信协议，它可以在客户端和服务器之间建立双向通信的连接，实现

WebSocket协议

WebSocket一种基于TCP协议的通信协议，它可以在客户端和服务器之间建立双向通信的连接，实现实时数据传输和交互操作.在Web应用程序中，WebSocket协议可以替代HTTP协议的长轮询和短轮询技术，提供更高效和快速的通信方式

WebSocket工作原理

WebSocket示例图

WebSocket的连接原理

客户端发起 WebSocket 连接请求，请求头中包含 Upgrade 和 Connection 两个字段。Upgrade 字段指明协议升级，Connection 字段指明协议连接类型，如下所示：

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

服务端接收到请求后，进行协议升级确认。如果服务端支持 WebSocket 协议，则返回状态码 101 Switching。Protocols响应，表明接受协议升级请求，同时也会发送服务端的 Sec-WebSocket-Accept 头信息加密结果，如下所示：

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

客户端收到服务端响应后，进行协议升级确认，验证服务端的 Sec-WebSocket-Accept 头信息加密结果是否正确。如果正确，表明连接已经升级成功，可以进行数据传输。

数据传输过程中，客户端和服务端可以双向发送或接收数据，数据格式为帧（Frame），帧是 WebSocket 传输的最小单位，包含了真实数据的二进制流以及控制信息，数据传输完毕后，可以关闭连接。

WebSocket 数据帧格式

  0                   1                   2                   3
  0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
 +-+-+-+-+-------+-+-------------+-------------------------------+
 |F|R|R|R| opcode|M| Payload len |    Extended payload length    |
 |I|S|S|S|  (4)  |A|     (7)     |             (16/64)           |
 |N|V|V|V|       |S|             |   (if payload len==126/127)   |
 | |1|2|3|       |K|             |                               |
 +-+-+-+-+-------+-+-------------+ - - - - - - - - - - - - - - - +
 |     Extended payload length continued, if payload len == 127  |
 + - - - - - - - - - - - - - - - +-------------------------------+
 |                               |Masking-key, if MASK set to 1  |
 +-------------------------------+-------------------------------+
 | Masking-key (continued)       |          Payload Data         |
 +-------------------------------- - - - - - - - - - - - - - - - +
 :                     Payload Data continued ...                :
 + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - +
 |                     Payload Data continued ...                |
 +---------------------------------------------------------------+

头部信息（Header

FIN（1位）：表示这个数据帧是否是消息的最后一帧。如果是最后一帧，该值为1；否则为0。
RSV1, RSV2, RSV3（各1位）：预留字段，暂时没有使用，值一般为0。

Opcode（4位）：指定操作代码。它可以有以下值：

0x0：表示数据帧是一个连续帧
0x1：表示数据帧是一个文本帧
0x2：表示数据帧是一个二进制帧
0x8：表示连接断开
0x9：表示ping
0xA：表示pong
Mask（1位）：如果设置为1，则需要一个掩码键（Masking Key），用于数据的安全传输。
Payload length（7位或7+16位或7+64位）：指定有效负载数据的长度（注意，这里指的是原始长度，没有应用掩码的长度）。如果它的值小于或等于125，则该字段就是有效负载的长度。如果它的值为126，则紧随其后的2个字节（16个比特位）用于指定长度。如果它的值为127，则紧随其后的8个字节（64个比特位）用于指定长度。
掩码键（Masking key）：掩码键是4个字节长的随机数，用于安全传输数据。
负载数据（Payload data）：负载数据是真正需要传输的消息数据。如果Mask标志为1，则需要对负载数据进行逐比特的异或操作（XOR）以加密数据。

WebSocket 优缺点

优点

双向通信： WebSocket允许服务器主动推送数据到客户端，而不必等待客户端请求，从而实现了双向通信。
实时性：与HTTP请求–响应协议不同，WebSocket可以在客户端和服务器之间建立长久的连接，从而大大减少了通信延迟，实现实时性。
性能：与轮询（Polling）和长轮询（Long-polling）相比，WebSocket连接是一次性的，只需要建立一次连接，之后通信过程中不用不断地发送请求进行数据交换，减少了服务器的负载，提高了性能。
节约流量：由于WebSocket连接始终保持打开状态，因此不需要在每个HTTP请求中重复发送标头信息，从而减少数据包的大小。

缺点

兼容性问题： WebSocket技术还没有普及，一些老旧的浏览器不支持WebSocket，需要进行降级处理，同时也有些防火墙和代理可能会阻止WebSocket协议的使用。
保持连接： WebSocket连接始终保持打开状态，需要保持长久连接，长时间运行可能会导致资源消耗或权限被滥用。
安全性： WebSocket连接要求服务器端和客户端都具备保密性和数据完整性保护机制，因此在资源限制或网络不安全的环境下有可能会导致安全问题。

WebSocket 的应用场景

即时通讯： WebSocket 使即时通讯成为可能，因为它可以在客户端和服务器之间实时传输数据。
在线游戏： 在网络游戏中，协议延迟是非常重要的，而 WebSocket 协议比 HTTP 协议更适合在线游戏，因为它能够实现实时通信。
社交媒体： 在社交媒体应用程序中，用户之间可以立即聊天和分享内容，WebSocket 协议使实时通信变得很容易。
股票市场： WebSocket 协议可以实现对股票市场的实时监测。它可以在需要时实时更新股市价格。
物联网： 物联网设备需要在客户端和服务器之间进行实时通信，以便进行实时监测和控制，而 WebSocket 协议可以实现这一点。

WebSocket与Socket的区别

套接字(Socket)是对网络中不同主机上的应用进程之间进行双向通信的端点的抽象,是应用层与传输层(TCP/IP)之间的接口

WebSocket是应用程协议,建立在TCP之上。

参考