WebSocket協議講解

WebSocket是什麼

Wiki上是這樣介紹的：WebSocket是一種在單個TCP連接上進行全雙工通訊的協議。

這裏做個補充：是HTML5開始提供的一種瀏覽器與服務器進行全雙工通訊的網絡技術，屬於應用層協議。它基於TCP傳輸協議，並複用HTTP的握手通道。WebSocket使得客戶端和服務器之間的數據交換變得更加簡單，允許服務端主動向客戶端推送數據。在WebSocket API中，瀏覽器和服務器只需要完成一次握手，兩者之間就直接可以創建持久性的連接，並進行雙向數據傳輸。

 

WebSocket產生的背景

說到WebSocket產生的背景，就必須得先了解HTTP的通信機制。

HTTP的生命週期通過Request來界定，也就是一個Request 一個Response，那麼在HTTP1.0中，這次HTTP請求就結束了。在HTTP1.1中進行了改進，使得有一個keep-alive，也就是說，在一個HTTP連接中，可以發送多個Request，接收多個Response。但是請記住 Request = Response ， 在HTTP中永遠是這樣，也就是說一個request只能有一個response。而且這個response也是被動的，不能主動發起。

所以，爲了創建一個具有雙向通信機制的web應用時（如web IM），就只能利用http輪詢的方式，分爲短輪詢和長輪詢，具體可以學習ajax和comet技術。

輪詢這種方式，有很多缺點，比如每次請求，都有很多重複的信息（較長的HTTP頭），浪費很多資源和帶寬，此外，這種方式會有一定的時延，對於需要即時通訊的應用是難以被接受的。

於是，就有了WebSocket協議。

 

WebSocket建立連接

WebSocket只需要一次握手，並且爲了兼容現有的HTTP的服務端組件，在HTTP請求上做了升級完成握手。具體指的是，客戶端通過HTTP請求與WebSocket服務端協商升級協議。協議升級完成後，後續的數據交換則遵照WebSocket的協議。

握手過程如下：

1.     客戶端瀏覽器發起協議升級請求

GET ws://127.0.0.1:8080/websocketTest/user000 HTTP/1.1
Host: 127.0.0.1:8080
Connection: Upgrade
Upgrade: websocket
Origin: http://localhost:8080
Sec-WebSocket-Version: 13
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/66.0.3359.139 Safari/537.36
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9
Sec-WebSocket-Key: 5J5p7v3DZ8Tosy2W0g9UYQ==
Sec-WebSocket-Extensions: permessage-deflate; client_max_window_bits

Connection:Upgrade：表示要升級協議

Upgrade:websocket：表示要升級到websocket協議。

Sec-WebSocket-Version:13：表示websocket的版本。如果服務端不支持該版本，需要返回一個Sec-WebSocket-Versionheader，裏面包含服務端支持的版本號。

Sec-WebSocket-Key：與後面服務端響應首部的Sec-WebSocket-Accept是配套的，提供基本的防護，比如惡意的連接，或者無意的連接。

Sec-WebSocket-Extension：客戶端通過包含一個|Sec-WebSocket-Extensions|頭字段請求擴展

2.     服務端響應協議升級

HTTP/1.1 101
Upgrade: websocket
Connection: upgrade
Sec-WebSocket-Accept: py9zdlc/o6/uW2v87YlCOCY6PKo=
Sec-WebSocket-Extensions: permessage-deflate;client_max_window_bits=15
Date: Sat, 12 May 2018 02:50:16 GMT

Sec-WebSocket-Accept根據客戶端請求首部的Sec-WebSocket-Key計算出來。

計算公式爲：

將Sec-WebSocket-Key跟258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11拼接。

通過SHA1計算出摘要，並轉成base64字符串。

 

WebSocket優點

1.     服務器與客戶端之間交換的標頭信息很小，大概只有2字節

2.     客戶端與服務器都可以主動傳送數據給對方，真正的全雙工

3.     不用頻繁創建TCP請求及銷燬請求，減少網絡帶寬資源的佔用，同時也節省服務器資源

4.     支持擴展。ws協議定義了擴展，用戶可以擴展協議，或者實現自定義的子協議。（比如支持自定義壓縮算法等）