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什么是WebSocket协议?

 ·   ·  ☕ 5 分钟  ·  ✍️ ayunw

随着科技发展,人们需求越来越多,生活的方方面面都离不开一些实时信息。比如:疫情期间在家协同办公、疫情监控目标人的实时运动轨迹、社交中的实时消息、多玩家互动游戏、每秒瞬息万变的股市基金报价、体育实况播放、音视频聊天、视频会议、在线教育等等,都可以借用WebSocket TCP链接可以让数据飞起来。下面就聊一下WebSocket协议。

WebSocket 是HTML5开始提供的一种浏览器与服务器间进行全双工通讯的网络技术,一种基于 TCP 连接上进行全双工通信的协议,相对于 HTTP 这种非持久的协议来说,WebSocket 是一个持久化网络通信的协议。依靠这种技术可以实现客户端和服务器端的长连接,双向实时通信。

它不仅可以实现客户端请求服务器,同时可以允许服务端主动向客户端推送数据。是真正的双向平等对话,属于服务器推送技术的一种。在 WebSocket API 中,客户端和服务器只需要完成一次握手,两者之间就直接可以创建持久性的连接,并进行双向数据传输。

其他特点包括:

  • 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。

协议标识符是ws(如果加密,则为wss),服务器网址就是 URL

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ws://xxx.ayunw.cn:80/some/path
wss://xxx.ayunw.cn:443/some/path

另外客户端不只是浏览器,只要实现了ws或者wss协议的客户端socket都可以和服务器进行通信。

先说一下为什么需要 WebSocket 协议?

在 Web 应用架构中,连接由 HTTP/1.0 和 HTTP/1.1 处理。HTTP 是客户端/服务器模式中 请求一响应 所用的协议,在这种模式中,客户端(一般是浏览器)向服务器提交 HTTP 请求,服务器响应请求的资源(例如 HTML 页面)。

HTTP 是无状态的,也就是说,它将每个请求当成唯一和独立的。无状态协议具有一些优势,例如,服务器不需要保存有关会话的信息,从而不需要存储数据。但是,这也意味着在每次 HTTP 请求和响应中都会发送关于请求的冗余信息,比如使用 Cookie 进行用户状态的验证。

随着客户端和服务器之间交互的增加,HTTP 协议在客户端和服务器之间通信所需要的信息量快速增加。

从根本上讲,HTTP 还是 半双工 的协议,也就是说,在同一时刻信息的流向只能单向的:客户端向服务器发送请求(单向),然后服务器响应请求(单向)。半双工方式的通信效率是非常低的。

同时 HTTP 协议有一个缺陷:通信只能由客户端发起。

这种单向请求的特点,注定了如果服务器有状态变化,是无法主动通知客户端的。

为了能够及时的获取服务器的变化,我们尝试过各种各样的方式:

  • 轮询(polling):每隔一段时间,就发出一个请求,了解服务器有没有新的信息。不精准,有延时,大量无效数据交换。
  • 长轮询( long polling):客户端向服务器请求信息,并在设定的时间段内保持连接。直到服务器有新消息响应,或者连接超时,这种技术常常称作“挂起GET”或“搁置POST”。占用服务器资源,相对轮询并没有优势,没有标准化。
  • 流化技术:在流化技术中,客户端发送一个请求,服务器发送并维护一个持续更新和保持打开(可以是无限或者规定的时间段)的开放响应。每当服务器有需要交付给客户端的信息时,它就更新响应。服务器从不发出完成 HTTP 响应。代理和防火墙可能缓存响应,导致信息交付的延迟增加。

上述方法提供了近乎实时的通信,但是它们也涉及 HTTP 请求和响应首标,包含了许多附加和不必要的首标数据与延迟。此外,在每一种情况下,客户端都必须等待请求返回,才能发出后续的请求,而这显著地增加了延退。同时也极大地增加了服务器的压力。

什么是websocket协议?

Websocket其实是一个新协议,借用了HTTP的协议来完成一部分握手,只是为了兼容现有浏览器的握手规范而已。Websocket 是一种自然的全双工、双向、单套接字连接,解决了 HTTP 协议中不适合于实时通信的问题。

一个典型的Websocket握手如下:

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GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13
Origin: http://example.com

其中Websocket的核心如下,它告诉Apache、Nginx等服务器: 注意,我发起的是Websocket协议,快点帮我找到对应的助理处理而不是那个老土的HTTP。

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Upgrade: websocket
Connection: Upgrade

服务器返回如下:

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HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=
Sec-WebSocket-Protocol: chat

至此,HTTP已经完成它所有工作了,接下来就是完全按照Websocket协议进行了。

再说一下TCP长连接和短连接

什么是TCP长连接和TCP短连接?
短连接是通讯双方有数据交互时就建立一个连接, 数据发送完成后,则断开此连接。
长连接就是大家建立连接之后, 不主动断开. 双方互相发送数据, 发完了也不主动断开连接, 之后有需要发送的数据就继续通过这个连接发送。

TCP连接在默认的情况下就是所谓的长连接, 也就是说连接双方都不主动关闭连接, 这个连接就应该一直存在。

但是网络中的情况是复杂的, 这个连接可能会被切断. 比如客户端到服务器的链路因为故障断了, 或者服务器宕机了, 或者是你家网线被人剪了, 这些都是一些莫名其妙的导致连接被切断的因素, 还有几种比较特殊的。


作 者:ayunw运维博客
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ayunw
尼古丁的绑架没有救赎,我们皆是上瘾的囚徒


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