Node.js 编程实战：WebSocket实时通信详解

在传统 Web 应用中，客户端与服务器之间通常通过 HTTP 进行通信。但 HTTP 的"请求---响应"模型并不适合实时场景，例如在线聊天、实时通知、协同编辑等。WebSocket 的出现，解决了浏览器与服务器之间实时、双向通信的问题。本文将结合 Node.js，系统讲解 WebSocket 的工作原理与实战应用。

一、为什么需要 WebSocket

HTTP 协议存在明显的局限性：

通信是单向的，只能由客户端发起请求
每次请求都需要建立和关闭连接
实时性差，频繁轮询会浪费带宽和资源

虽然可以通过短轮询或长轮询实现"伪实时"，但实现复杂、性能低下。WebSocket 提供了一种真正的全双工通信机制，让客户端与服务器可以随时互相发送消息。

二、WebSocket 的基本原理

WebSocket 并不是全新的协议体系，而是在 HTTP 基础上升级而来。

通信流程如下：

客户端通过 HTTP 发送一次升级请求
服务器同意升级，将协议切换为 WebSocket
连接建立后，双方保持长连接状态
客户端与服务器可随时双向发送数据

一旦连接建立，后续通信将不再经过 HTTP，而是使用 WebSocket 自身的数据帧协议。

三、WebSocket 与 HTTP 的区别

从设计角度来看，两者有本质差异：

HTTP 是短连接，WebSocket 是长连接
HTTP 是单向请求，WebSocket 是双向通信
HTTP 头部开销大，WebSocket 更轻量
WebSocket 更适合高频、低延迟场景

这也是实时应用普遍选择 WebSocket 的原因。

四、Node.js 原生 WebSocket 支持

Node.js 本身并不内置完整的 WebSocket 服务器实现，通常通过第三方库来完成。最常用的是 ws。

1. 安装 ws

bash 复制代码

npm install ws

2. 创建 WebSocket 服务器

js 复制代码

const WebSocket = require("ws");

const wss = new WebSocket.Server({ port: 8080 });

wss.on("connection", ws => {
  console.log("Client connected");

  ws.on("message", message => {
    console.log("Received:", message.toString());
    ws.send("Message received");
  });

  ws.on("close", () => {
    console.log("Client disconnected");
  });
});

这个示例中，服务器监听 8080 端口，并在客户端连接、发送消息和断开连接时分别进行处理。

五、WebSocket 客户端示例

浏览器原生支持 WebSocket，可以直接使用。

js 复制代码

const socket = new WebSocket("ws://localhost:8080");

socket.onopen = () => {
  socket.send("Hello Server");
};

socket.onmessage = event => {
  console.log("From server:", event.data);
};

socket.onclose = () => {
  console.log("Connection closed");
};

客户端和服务器之间建立连接后，即可实时通信。

六、广播与多人通信

在实际项目中，WebSocket 通常用于多人场景，例如聊天室。

js 复制代码

wss.on("connection", ws => {
  ws.on("message", message => {
    wss.clients.forEach(client => {
      if (client.readyState === WebSocket.OPEN) {
        client.send(message.toString());
      }
    });
  });
});

这段代码实现了一个最简单的广播机制，所有连接的客户端都会收到消息。

七、WebSocket 与业务系统结合

在真实应用中，WebSocket 通常与 HTTP API 配合使用：

HTTP 用于登录、鉴权、数据初始化
WebSocket 用于实时消息推送
Cookie / Token 用于身份识别

例如：用户通过 HTTP 登录成功后，再建立 WebSocket 连接，用于接收实时通知。

八、WebSocket 的常见应用场景

WebSocket 非常适合以下类型的系统：

即时聊天系统
实时消息通知
在线协同编辑
股票行情与实时数据推送
游戏服务器
IoT 设备通信

在这些场景中，低延迟和双向通信至关重要。

九、性能与稳定性注意事项

在 Node.js 中使用 WebSocket 时，需要关注一些关键问题：

控制连接数量，避免资源耗尽
定期发送心跳，检测死连接
捕获异常，防止进程崩溃
配合负载均衡与消息队列扩展系统

在高并发场景下，通常需要结合 Redis、消息中间件或网关层来实现扩展。

十、总结

通过本文，你应该已经理解：

WebSocket 出现的背景与核心优势
WebSocket 的通信原理
Node.js 中 WebSocket 的基本实现方式
多人通信与广播机制
实际项目中的应用与注意事项

WebSocket 是 Node.js 实时应用开发的重要工具。理解其底层原理，有助于你构建更稳定、更高性能的实时系统，也为后续学习 Socket.IO、消息推送与分布式实时架构打下基础。