一、什么是WebSocket？
WebSocket 是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议。WebSocket 使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单，允许服务端主动向客户端推送数据。
在 WebSocket API 中，浏览器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。（维基百科）
WebSocket本质上一种计算机网络应用层的协议，用来弥补http协议在持久通信能力上的不足。
WebSocket 协议在2008年诞生，2011年成为国际标准。现在最新版本浏览器都已经支持了。
它的最大特点就是，服务器可以主动向客户端推送信息，客户端也可以主动向服务器发送信息，是真正的双向平等对话，属于服务器推送技术的一种。
WebSocket 的其他特点包括：
（1）建立在 TCP 协议之上，服务器端的实现比较容易。
（2）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。
（3）数据格式比较轻量，性能开销小，通信高效。
（4）可以发送文本，也可以发送二进制数据。
（5）没有同源限制，客户端可以与任意服务器通信。
（6）协议标识符是ws（如果加密，则为wss），服务器网址就是 URL。
二、WebSocket工作原理
握手阶段
浏览器先通过一个特殊的 HTTP 请求（带有 Upgrade: websocket 头）向服务器发起连接请求。
如果服务器支持 WebSocket，就会返回一个确认响应（101 Switching Protocols），表示协议升级成功。
建立连接
握手完成后，HTTP 协议升级为 WebSocket 协议。
此时，客户端与服务器之间形成一个持久连接，双方都可以随时主动发送数据。
双向通信
客户端可以向服务器主动发送消息。
服务器也可以主动向客户端推送数据。
所有消息都通过这个持续存在的连接传输，无需频繁建立连接。
关闭连接
当一方发送关闭信号时，连接被终止。
三、WebSocket与HTTP的区别
HTTP（传统方式）
一次请求 → 一次响应 → 连接关闭
必须客户端先发请求
适合：网页加载、接口请求
WebSocket（实时通信）
建立连接后一直保持
客户端和服务器都可以主动发消息
低延迟、高效率
WebSocket 的特点
双向通信（客户端 ⇄ 服务器）
实时性强（延迟低）
长连接（不会频繁断开）
减少开销（不需要反复建立连接）
| 对比 | HTTP | WebSocket |
|---|---|---|
| 通信方式 | 请求响应 | 双向通信 |
| 是否实时 | 差 | 强 |
| 连接方式 | 短连接 | 长连接 |
| 延迟 | 较高 | 很低 |
| 开销 | 大 | 小 |
| 开发复杂度 | 低 | 高 |
| 适合 | CRUD | 实时系统 |
四、WebSocket的优点和缺点
WebSocket 的优点
真正实时通信（最大优点）
HTTP：
客户端请求一次
服务器回复一次
WebSocket：
服务器可以主动发消息
例如：
聊天消息
机器人状态
游戏同步
都能实时推送。
双向通信
HTTP：
只能客户端主动请求
WebSocket：
客户端 ⇄ 服务端
双方都能主动发送
这是本质区别。
长连接（性能高）
HTTP 每次都：
建立TCP
发送
断开
WebSocket：
建立一次
一直保持
所以：
延迟低
CPU 消耗小
网络开销小
非常适合高频通信
比如：
位置更新 30 次
机器人每秒：
如果用 HTTP：
30 次请求
太浪费。
WebSocket：
一个连接持续发
效率极高。
支持二进制数据
不仅能传字符串。
还能传：
图片
音频
视频
protobuf
激光雷达数据
延迟非常低
因为：
不用频繁握手
所以特别适合：
游戏
机器人控制
实时监控
WebSocket的缺点
长连接占资源（最大缺点）
HTTP：
请求结束连接关闭
WebSocket：
连接一直存在
如果：
10万个客户端
服务器就要维护：
10万个 socket
这很吃：
内存
文件描述符
CPU
服务器开发复杂
HTTP：
请求 → 响应
很简单。
WebSocket：
需要处理：
长连接
心跳
重连
断线检测
并发
异步IO
复杂很多。
五、用C++写基础的WebSocket服务端和客户端
Websocket的服务端
server.cpp
cpp
#include <websocketpp/config/asio_no_tls.hpp>
#include <websocketpp/server.hpp>
#include <iostream>
typedef websocketpp::server<websocketpp::config::asio> server;
using websocketpp::connection_hdl;
class WebSocketServer
{
public:
WebSocketServer()
{
// 初始化 ASIO
m_server.init_asio();
// 设置消息回调
m_server.set_message_handler(
[this](connection_hdl hdl, server::message_ptr msg)
{
on_message(hdl, msg);
});
}
void run(uint16_t port)
{
// 监听端口
m_server.listen(port);
// 开始接受连接
m_server.start_accept();
std::cout << "WebSocket Server start at port "
<< port << std::endl;
// 启动服务
m_server.run();
}
private:
server m_server;
void on_message(connection_hdl hdl,
server::message_ptr msg)
{
std::cout << "收到消息: "
<< msg->get_payload()
<< std::endl;
// 回复客户端
m_server.send(hdl,
"服务器收到消息: " + msg->get_payload(),
websocketpp::frame::opcode::text);
}
};
int main()
{
WebSocketServer server;
server.run(9002);
return 0;
}Websocket的客户端
Client.cpp
cpp
#include <websocketpp/config/asio_no_tls_client.hpp>
#include <websocketpp/client.hpp>
#include <iostream>
typedef websocketpp::client<websocketpp::config::asio_client> client;
using websocketpp::connection_hdl;
class WebSocketClient
{
public:
WebSocketClient()
{
m_client.init_asio();
// 连接成功回调
m_client.set_open_handler(
[this](connection_hdl hdl)
{
on_open(hdl);
});
// 消息回调
m_client.set_message_handler(
[this](connection_hdl hdl,
client::message_ptr msg)
{
on_message(hdl, msg);
});
}
void connect(const std::string& uri)
{
websocketpp::lib::error_code ec;
auto con = m_client.get_connection(uri, ec);
if (ec)
{
std::cout << "连接失败: "
<< ec.message()
<< std::endl;
return;
}
m_client.connect(con);
m_client.run();
}
private:
client m_client;
void on_open(connection_hdl hdl)
{
std::cout << "连接成功" << std::endl;
// 发送消息
m_client.send(hdl,
"你好，我是客户端",
websocketpp::frame::opcode::text);
}
void on_message(connection_hdl hdl,
client::message_ptr msg)
{
std::cout << "收到服务端消息: "
<< msg->get_payload()
<< std::endl;
}
};
int main()
{
WebSocketClient client;
client.connect("ws://localhost:9002");
return 0;
}