WebSocket（WS）协议系列（一）基本概念

ws协议是什么？

WebSocket（WS）协议是一种网络通信协议，提供了全双工、单连接、低延迟的通信方式，通常用于浏览器和服务器之间的实时数据交换。与传统的HTTP协议相比，WebSocket允许在客户端和服务器之间建立持续的连接 ，可以在连接建立后双向发送消息，而不需要每次都重新建立连接。

WebSocket协议是通过HTTP协议的"握手"过程来初始化的。具体来说，WebSocket协议通过HTTP的Upgrade头部来进行升级。这样，客户端首先通过HTTP向服务器发起请求，服务器响应后，如果同意升级，HTTP连接就会转换为WebSocket连接。

在建立WebSocket连接的初始阶段，客户端和服务器进行一次HTTP握手，确保通信双方都支持WebSocket协议。一旦握手成功，HTTP协议就不再参与数据传输，后续的数据交换是通过WebSocket协议进行的。

HTTP协议是基于请求-响应模型的，也就是说，

1.频繁的连接建立和断开：每次客户端向服务器发起请求时，服务器都会建立一个新的连接，并在响应完成后关闭连接。

2.无法实现双向通信：客户端发送请求后只能等待服务器响应，无法主动向服务器发送数据。

WebSocket通过"升级"HTTP连接并保持持久连接，避免了HTTP协议每次请求都建立新连接的开销，并提供了双向通信能力。

持久连接： WebSocket连接在建立后会保持打开状态，直到客户端或服务器主动关闭连接。这避免了每次请求都需要重新建立连接的开销。

全双工通信： WebSocket允许客户端和服务器在同一个连接上进行双向通信。客户端不仅可以发送请求，还可以随时接收来自服务器的消息，反之亦然。这让实时数据传输成为可能，比如即时消息、股票行情更新等。

WebSocket通过TCP连接来保持持久连接。TCP是一个面向连接的协议，它在客户端和服务器之间建立一个稳定的连接，直到主动断开。因此，WebSocket利用TCP的特性保持连接持续开放。

浏览器的支持与安全性：
浏览器本身通常只能直接支持HTTP和HTTPS 协议。
通过HTTP握手，WebSocket连接可以更好地遵守浏览器的同源策略，并允许跨域通信。HTTP握手阶段通过HTTP头信息来进行跨域控制，从而使WebSocket能够更安全地在跨域环境中使用。
HTTP协议的广泛支持：
普遍存在： HTTP协议是互联网上最常见的协议，几乎所有的服务器和客户端都支持。通过HTTP的握手，WebSocket可以利用现有的基础设施进行初步的连接 。
端口的兼容性：默认情况下，HTTP协议使用80端口，HTTPS使用443端口，而WebSocket的默认端口是80（非加密）或443（加密）。因为HTTP和HTTPS协议通常已经在网络防火墙或代理中得到支持，WebSocket的HTTP握手使得WebSocket连接更容易穿透这些中间设备。
TCP握手的局限性：
TCP协议本身确实也支持持久连接，但它并不具备像HTTP协议那样的协议协商机制。通过HTTP的握手，客户端和服务器可以协商一些WebSocket协议相关的特性 ，比如：
协议版本：在HTTP请求头中，可以指明使用的WebSocket版本以及其他的协议选项。
安全性（加密）： WebSocket也可以通过HTTP的握手阶段来协商是否使用加密（即wss://与ws://），确保数据传输的安全性。

下面看个小栗子：

WebSocket使用HTTP协议进行握手的具体流程。

1.客户端发起请求：客户端通过HTTP协议发起一个带有特定头部（如Upgrade : websocket和Connection: Upgrade）的请求，表示希望将连接升级为WebSocket协议。

GET /chat HTTP/1.1
Host: example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlbG9naW5nCg==
Sec-WebSocket-Version: 13

2.服务器响应：

如果服务器支持WebSocket协议，它会通过HTTP响应返回一个"101 Switching Protocols"的状态码，并在响应头中确认协议升级。

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

3.协议切换：一旦握手成功，客户端和服务器之间的通信就不再使用HTTP协议，而是切换到WebSocket协议，这时可以开始进行持久的、双向的实时通信。