WebSocket

背景

http 协议是无状态的，只能由客户端主动发起，服务端再被动响应，服务端无法向客户端主动推送内容，并且一旦服务器响应结束，所以无法进行实时通信。WebSocket 协议正是为解决客户端与服务端实时通信而产生的技术，现在已经被主流浏览器支持。

http 协议中虽然可以通过 keep-alive 机制使服务器在响应结束后链接会保持一段时间，但最终还是会断开，keep-alive 机制主要是用于避免在同一台服务器请求多个资源时频繁创建链接，它本质上是支持链接复用的技术，而并非用于实时通信

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，允许服务端主动向客户端推送数据；在 WebSocket 中，客户端和服务器只需要完成一次 HTTP 握手，两者之间就可以创建持久性的连接，并进行双向数据传输。

WebSocket 出现之前，客户端与服务器通常采用 HTTP 轮询或 Comet 等方式保持长连接

WebSocket 握手流程

WebSocket 复用了 HTTP 的握手通道：客户端通过 HTTP 请求与 WebSocket 服务端协商升级协议，协议升级完成后，后续的数据交换则遵照 WebSocket 协议。WebSocket 握手流程如下：

浏览器、服务器通过 TCP 三次握手，建立 TCP 连接，
客户端：申请协议升级

客户端发起协议升级请求，采用的是标准的 HTTP 报文格式，且只支持 GET 方法

GET ws://localhost:8888/ HTTP/1.1
Host: localhost:8888
Connection: Upgrade
Pragma: no-cache
Cache-Control: no-cache
User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_15_7) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/92.0.4515.159 Safari/537.36
Upgrade: websocket
Origin: http: // localhost:8080
Sec-WebSocket-Version: 13
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9
Sec-WebSocket-Key: QPDJV2rsT8OhiiMvpB+3QQ==
Sec-WebSocket-Extensions: permessage-deflate; client_max_window_bits

Connection: Upgrade：表示要升级协议
Upgrade: websocket：表示要升级到 websocket 协议
Sec-WebSocket-Version: 13：表示 websocket 的版本
Sec-WebSocket-Key：与后面服务端响应首部的 Sec-WebSocket-Accept 是配套的，提供基本的防护，比如恶意的连接，或者无意的连接。

服务端：响应协议升级

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: R1gaI7r75Salqt4dEyJ2MDWiA2c=

Sec-WebSocket-Accept 的计算

Sec-WebSocket-Accept 根据客户端请求首部的 Sec-WebSocket-Key 计算出来，有个计算公式

Sec-WebSocket-Key/Accept 的作用
- 避免服务端收到非法的 websocket 连接
- 确保服务端理解 websocket 连接
- Sec-WebSocket-Key 主要目的并不是确保数据的安全性，因为 Sec-WebSocket-Key、Sec-WebSocket-Accept 的转换计算公式是公开的，而且非常简单，最主要的作用是预防一些常见的意外情况（非故意的）

WebSocket 优点？

较少的控制开销：数据包头部协议较小，不同于 HTTP 每次请求需要携带完整的头部
更强的实时性：相对于 HTTP 请求需要等待客户端发起请求服务端才能响应，延迟明显更少
保持长连接状态：创建连接后，可省略状态信息，不同于 HTTP 每次请求需要携带身份认证
更好的二进制支持：定义了二进制帧，更好处理二进制内容
支持扩展：用户可以扩展 websocket 协议，实现部分自定义的子协议
更好的压缩效果：WebSocket 在适当的扩展支持下，可以沿用之前内容的上下文，在传递类似的数据时，可以显著地提高压缩率

WebSocket 和 Socket 关系

Socket 并不是一种协议，而是为了方便使用 TCP 或 UDP 而抽象出来的一层，是位于应用层和传输控制层 (TCP/IP 协议簇) 之间的软件抽象层，它是一组接口；
WebSocket 是应用层协议