为什么要有WebSocket？

TCP是全双工的，但HTTP是半双工的。在一些实时通信的场景中，HTTP需要通过频繁轮询或者长轮询来从服务器获取最新的信息，例如实时聊天应用、在线游戏、实时协作的场景。WeBSocket同样是基于TCP的协议，但它提供了全双工的通信能力，允许服务端主动推送数据给客户端。这也是有了HTTP，为什么还要有WebSocket的原因。

有了WebSocket为什么还要使用HTTP呢？

  • HTTP协议是一种成熟的、广泛应用的协议。适用于大多数非实时的请求-响应场景。
  • WebSocket适合长连接和实时通信，但是一次性请求-响应场景，HTTP更加简单高效。
  • HTTP无状态，WebSocket有状态，需要维护连接。
  • 并非所有客户端和服务器都支持WebSocket，有的受限的网络环境也不支持WebSocket。
  • RESTful API等多种标准都是基于HTTP的。

工作原理

WebScoket需要通过TCP建立连接，然后通过HTTP协议握手，握手成功之后，客户端和服务器建立持久连接，双方可以随时发送数据“帧”，支持文本和二进制数据。

握手

当客户端需要启用WebSocket时，会发送携带特殊头部字段的HTTP请求到服务端。例如：

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

其中：

  • Connection:Upgrade：当前连接支持协议升级。
  • Upgrade:websocket：希望从HTTP升级为WebSocket。
  • Sec-WebSocket-Key：随机生成的Base64字符串，用于验证握手请求。
  • Sec-WebSocket-Version：支持的版本号。

服务端收到请求后，用公开算法把Sec-WebSocket-Key转成另外的字符串，然后返回HTTP101的响应。例如：

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

客户端验证返回的Sec-WebSocket-Accept之后，握手完成，正式升级，后续通过WebSocket数据帧通信。

数据传输

WebSocket里面传输的数据包叫做数据帧。其中有一个比较重要的字段opcode，表示帧的类型，例如：

  • 0x1：文本帧（Text Frame）。
  • 0x2：二进制帧（Binary Frame）。
  • 0x8：关闭连接帧（Close Frame）。
  • 0x9：Ping 帧。
  • 0xA：Pong 帧。

关闭连接

需要关闭连接的一方直接发送一个关闭连接帧，另外一方也会发送关闭帧作为响应。这也叫做关闭握手，此后连接正式关闭，双方关闭底层的TCP连接，释放相关的资源。