计算机网络基础--WebSocket

[什么是 WebSocket?](#什么是 WebSocket?)

WebSocket 是一种基于 TCP 连接的全双工通信协议,即客户端和服务器可以同时发送和接收数据。

WebSocket 协议在 2008 年诞生,2011 年成为国际标准,几乎所有主流较新版本的浏览器都支持该协议。不过,WebSocket 不只能在基于浏览器的应用程序中使用,很多编程语言、框架和服务器都提供了 WebSocket 支持。

WebSocket 协议本质上是应用层的协议,用于弥补 HTTP 协议在持久通信能力上的不足。客户端和服务器仅需一次握手,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。

Websocket 示意图

下面是 WebSocket 的常见应用场景:

  • 视频弹幕
  • 实时消息推送,详见Web 实时消息推送详解这篇文章
  • 实时游戏对战
  • 多用户协同编辑
  • 社交聊天
  • ......

[WebSocket 和 HTTP 有什么区别?](#WebSocket 和 HTTP 有什么区别?)

WebSocket 和 HTTP 两者都是基于 TCP 的应用层协议,都可以在网络中传输数据。

下面是二者的主要区别:

  • WebSocket 是一种双向实时通信协议,而 HTTP 是一种单向通信协议。并且,HTTP 协议下的通信只能由客户端发起,服务器无法主动通知客户端。
  • WebSocket 使用 ws:// 或 wss://(使用 SSL/TLS 加密后的协议,类似于 HTTP 和 HTTPS 的关系) 作为协议前缀,HTTP 使用 http:// 或 https:// 作为协议前缀。
  • WebSocket 可以支持扩展,用户可以扩展协议,实现部分自定义的子协议,如支持压缩、加密等。
  • WebSocket 通信数据格式比较轻量,用于协议控制的数据包头部相对较小,网络开销小,而 HTTP 通信每次都要携带完整的头部,网络开销较大(HTTP/2.0 使用二进制帧进行数据传输,还支持头部压缩,减少了网络开销)。

[WebSocket 的工作过程是什么样的?](#WebSocket 的工作过程是什么样的?)

WebSocket 的工作过程可以分为以下几个步骤:

  1. 客户端向服务器发送一个 HTTP 请求,请求头中包含 Upgrade: websocket 和 Sec-WebSocket-Key 等字段,表示要求升级协议为 WebSocket;
  2. 服务器收到这个请求后,会进行升级协议的操作,如果支持 WebSocket,它将回复一个 HTTP 101 状态码,响应头中包含 ,Connection: Upgrade和 Sec-WebSocket-Accept: xxx 等字段、表示成功升级到 WebSocket 协议。
  3. 客户端和服务器之间建立了一个 WebSocket 连接,可以进行双向的数据传输。数据以帧(frames)的形式进行传送,WebSocket 的每条消息可能会被切分成多个数据帧(最小单位)。发送端会将消息切割成多个帧发送给接收端,接收端接收消息帧,并将关联的帧重新组装成完整的消息。
  4. 客户端或服务器可以主动发送一个关闭帧,表示要断开连接。另一方收到后,也会回复一个关闭帧,然后双方关闭 TCP 连接。

另外,建立 WebSocket 连接之后,通过心跳机制来保持 WebSocket 连接的稳定性和活跃性。

[SSE 与 WebSocket 有什么区别?](#SSE 与 WebSocket 有什么区别?)

SSE 与 WebSocket 作用相似,都可以建立服务端与浏览器之间的通信,实现服务端向客户端推送消息,但还是有些许不同:

  • SSE 是基于 HTTP 协议的,它们不需要特殊的协议或服务器实现即可工作;WebSocket 需单独服务器来处理协议。
  • SSE 单向通信,只能由服务端向客户端单向通信;WebSocket 全双工通信,即通信的双方可以同时发送和接受信息。
  • SSE 实现简单开发成本低,无需引入其他组件;WebSocket 传输数据需做二次解析,开发门槛高一些。
  • SSE 默认支持断线重连;WebSocket 则需要自己实现。
  • SSE 只能传送文本消息,二进制数据需要经过编码后传送;WebSocket 默认支持传送二进制数据。

SSE 与 WebSocket 该如何选择?

SSE 好像一直不被大家所熟知,一部分原因是出现了 WebSocket,这个提供了更丰富的协议来执行双向、全双工通信。对于游戏、即时通信以及需要双向近乎实时更新的场景,拥有双向通道更具吸引力。

但是,在某些情况下,不需要从客户端发送数据。而你只需要一些服务器操作的更新。比如:站内信、未读消息数、状态更新、股票行情、监控数量等场景,SSE 不管是从实现的难易和成本上都更加有优势。此外,SSE 具有 WebSocket 在设计上缺乏的多种功能,例如:自动重新连接、事件 ID 和发送任意事件的能力。

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