webSocket的原理与应用

最新推荐文章于 2024-11-12 00:20:18 发布

haha_66666

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文章标签： websocket http协议双向通信长连接

webSocket的原理与应用

转载自:

http://blog.youkuaiyun.com/frank_good/article/details/50856585

https://www.imooc.com/article/12401

一、websocket与http

WebSocket是HTML5出的东西（协议），也就是说HTTP协议没有变化，或者说没关系，但HTTP是不支持持久连接的（长连接，循环连接的不算）

首先HTTP有 1.1 和 1.0 之说，也就是所谓的 keep-alive ，把多个HTTP请求合并为一个，但是 Websocket 其实是一个新协议，跟HTTP协议基本没有关系，只是为了兼容现有浏览器的握手规范而已，也就是说它是HTTP协议上的一种补充可以通过这样一张图理解

有交集，但是并不是全部。

另外Html5是指的一系列新的API，或者说新规范，新技术。Http协议本身只有1.0和1.1，而且跟Html本身没有直接关系。。通俗来说，你可以用HTTP协议传输非Html数据，就是这样=。=

再简单来说，层级不一样。

二、Websocket是什么样的协议，具体有什么优点

首先，Websocket是一个持久化的协议，相对于HTTP这种非持久的协议来说。简单的举个例子吧，用目前应用比较广泛的PHP生命周期来解释。

HTTP的生命周期通过 Request 来界定，也就是一个 Request 一个 Response ，那么在 HTTP1.0 中，这次HTTP请求就结束了。

在HTTP1.1中进行了改进，使得有一个keep-alive，也就是说，在一个HTTP连接中，可以发送多个Request，接收多个Response。但是请记住 Request = Response ，在HTTP中永远是这样，也就是说一个request只能有一个response。而且这个response也是被动的，不能主动发起。

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13
Origin: http://example.com

熟悉HTTP的童鞋可能发现了，这段类似HTTP协议的握手请求中，多了几个东西。我会顺便讲解下作用。

Upgrade: websocket
Connection: Upgrade

这个就是Websocket的核心了，告诉 Apache 、 Nginx 等服务器：注意啦，我发起的是Websocket协议，快点帮我找到对应的助理处理~不是那个老土的HTTP。

Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13

首先， Sec-WebSocket-Key 是一个 Base64 encode 的值，这个是浏览器随机生成的，告诉服务器：泥煤，不要忽悠窝，我要验证尼是不是真的是Websocket助理。

然后， Sec_WebSocket-Protocol 是一个用户定义的字符串，用来区分同URL下，不同的服务所需要的协议。简单理解：今晚我要服务A，别搞错啦~

最后， Sec-WebSocket-Version 是告诉服务器所使用的 Websocket Draft（协议版本），在最初的时候，Websocket协议还在 Draft 阶段，各种奇奇怪怪的协议都有，而且还有很多期奇奇怪怪不同的东西，什么Firefox和Chrome用的不是一个版本之类的，当初Websocket协议太多可是一个大难题。。不过现在还好，已经定下来啦~大家都使用的一个东西~ 脱水：服务员，我要的是13岁的噢→_→

然后服务器会返回下列东西，表示已经接受到请求，成功建立Websocket啦！

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=
Sec-WebSocket-Protocol: chat

这里开始就是HTTP最后负责的区域了，告诉客户，我已经成功切换协议啦~

Upgrade: websocket
Connection: Upgrade

依然是固定的，告诉客户端即将升级的是 Websocket 协议，而不是mozillasocket，lurnarsocket或者shitsocket。

然后， Sec-WebSocket-Accept 这个则是经过服务器确认，并且加密过后的 Sec-WebSocket-Key 。服务器：好啦好啦，知道啦，给你看我的ID CARD来证明行了吧。。

后面的， Sec-WebSocket-Protocol 则是表示最终使用的协议。

至此，HTTP已经完成它所有工作了，接下来就是完全按照Websocket协议进行了。具体的协议就不在这阐述了。

——————技术解析部分完毕——————

三、Websocket的作用

在讲Websocket之前，我就顺带着讲下 long poll 和 ajax轮询 的原理。

ajax轮询

ajax轮询的原理非常简单，让浏览器隔个几秒就发送一次请求，询问服务器是否有新信息。

场景再现：

客户端：啦啦啦，有没有新信息(Request)

服务端：没有（Response）

客户端：啦啦啦，有没有新信息(Request)

服务端：没有。。（Response）

客户端：啦啦啦，有没有新信息(Request)

服务端：你好烦啊，没有啊。。（Response）

客户端：啦啦啦，有没有新消息（Request）

服务端：好啦好啦，有啦给你。（Response）

客户端：啦啦啦，有没有新消息（Request）

服务端：。。。。。没。。。。没。。。没有（Response） —- loop

long poll

long poll 其实原理跟 ajax轮询 差不多，都是采用轮询的方式，不过采取的是阻塞模型（一直打电话，没收到就不挂电话），也就是说，客户端发起连接后，如果没消息，就一直不返回Response给客户端。直到有消息才返回，返回完之后，客户端再次建立连接，周而复始。

场景再现：

客户端：啦啦啦，有没有新信息，没有的话就等有了才返回给我吧（Request）

服务端：额。。等待到有消息的时候。。来给你（Response）

客户端：啦啦啦，有没有新信息，没有的话就等有了才返回给我吧（Request） -loop

从上面可以看出其实这两种方式，都是在不断地建立HTTP连接，然后等待服务端处理，可以体现HTTP协议的另外一个特点，被动性。

何为被动性呢，其实就是，服务端不能主动联系客户端，只能有客户端发起。

简单地说就是，服务器是一个很懒的冰箱（这是个梗）（不会、不能主动发起连接），但是上司有命令，如果有客户来，不管多么累都要好好接待。

说完这个，我们再来说一说上面的缺陷（原谅我废话这么多吧OAQ）

从上面很容易看出来，不管怎么样，上面这两种都是非常消耗资源的。

ajax轮询需要服务器有很快的处理速度和资源。（速度）long poll 需要有很高的并发，也就是说同时接待客户的能力。（场地大小）

所以 ajax轮询 和 long poll 都有可能发生这种情况。

客户端：啦啦啦啦，有新信息么？

服务端：月线正忙，请稍后再试（503 Server Unavailable）

客户端：。。。。好吧，啦啦啦，有新信息么？

服务端：月线正忙，请稍后再试（503 Server Unavailable）

客户端：然后服务端在一旁忙的要死：冰箱，我要更多的冰箱！更多。。更多。。（我错了。。这又是梗。。）

言归正传，我们来说Websocket吧

通过上面这个例子，我们可以看出，这两种方式都不是最好的方式，需要很多资源。

一种需要更快的速度，一种需要更多的’电话’。这两种都会导致’电话’的需求越来越高。

哦对了，忘记说了HTTP还是一个状态协议。

通俗的说就是，服务器因为每天要接待太多客户了，是个健忘鬼，你一挂电话，他就把你的东西全忘光了，把你的东西全丢掉了。你第二次还得再告诉服务器一遍。

所以在这种情况下出现了，Websocket出现了。他解决了HTTP的这几个难题。首先，被动性，当服务器完成协议升级后（HTTP->Websocket），服务端就可以主动推送信息给客户端啦。所以上面的情景可以做如下修改。

客户端：啦啦啦，我要建立Websocket协议，需要的服务：chat，Websocket协议版本：17（HTTP Request）

服务端：ok，确认，已升级为Websocket协议（HTTP Protocols Switched）

客户端：麻烦你有信息的时候推送给我噢。。

服务端：ok，有的时候会告诉你的。

服务端：balabalabalabala

服务端：哈哈哈哈哈啊哈哈哈哈

服务端：笑死我了哈哈哈哈哈哈哈

就变成了这样，只需要经过一次HTTP请求，就可以做到源源不断的信息传送了。（在程序设计中，这种设计叫做回调，即：你有信息了再来通知我，而不是我傻乎乎的每次跑来问你）

这样的协议解决了上面同步有延迟，而且还非常消耗资源的这种情况。那么为什么他会解决服务器上消耗资源的问题呢？

其实我们所用的程序是要经过两层代理的，即HTTP协议在Nginx等服务器的解析下，然后再传送给相应的Handler（PHP等）来处理。简单地说，我们有一个非常快速的 接线员（Nginx） ，他负责把问题转交给相应的 客服（Handler） 。

本身接线员基本上速度是足够的，但是每次都卡在客服（Handler）了，老有客服处理速度太慢。，导致客服不够。Websocket就解决了这样一个难题，建立后，可以直接跟接线员建立持久连接，有信息的时候客服想办法通知接线员，然后接线员在统一转交给客户。

这样就可以解决客服处理速度过慢的问题了。

同时，在传统的方式上，要不断的建立，关闭HTTP协议，由于HTTP是非状态性的，每次都要重新传输 identity info （鉴别信息），来告诉服务端你是谁。

虽然接线员很快速，但是每次都要听这么一堆，效率也会有所下降的，同时还得不断把这些信息转交给客服，不但浪费客服的处理时间，而且还会在网路传输中消耗过多的流量/时间。

但是Websocket只需要一次HTTP握手，所以说整个通讯过程是建立在一次连接/状态中，也就避免了HTTP的非状态性，服务端会一直知道你的信息，直到你关闭请求，这样就解决了接线员要反复解析HTTP协议，还要查看identity info的信息。

同时由客户主动询问，转换为服务器（推送）有信息的时候就发送（当然客户端还是等主动发送信息过来的。。），没有信息的时候就交给接线员（Nginx），不需要占用本身速度就慢的客服（Handler）了

——————–

至于怎么在不支持Websocket的客户端上使用Websocket。。答案是：不能

但是可以通过上面说的 long poll 和 ajax 轮询 来模拟出类似的效果

我也搜到一个小小的应用，大家可以试一下:

作者：手插口袋_
链接：https://www.imooc.com/article/12401
来源：慕课网

环境描述：java jdk1.7+tomcat7.0x

第一步。创建一个干净的web project工程：
web工程
第二步。然后导入我们所用到的包：
jar

WebSocket.java

package com.haha.websocket;

import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.UnknownHostException;

import org.java_websocket.WebSocketImpl;
import org.java_websocket.handshake.ClientHandshake;
import org.java_websocket.server.WebSocketServer;
public class WebSocket extends WebSocketServer { 
	public WebSocket(InetSocketAddress address) { 
		super(address); 
		System.out.println("地址"+address); 
		} 
	public WebSocket(int port) throws UnknownHostException { 
		super(new InetSocketAddress(port)); 
		System.out.println("端口"+port); 
		} 
	/** * 触发关闭事件 */ 
	@Override 
	public void onClose(org.java_websocket.WebSocket conn, int message, String reason, boolean remote) { 
		userLeave(conn); 
		} 
	/** * 触发异常事件 */ 
	@Override 
	public void onError(org.java_websocket.WebSocket conn, Exception message) { 
		System.out.println("Socket异常:"+message.toString()); 
		e++; 
		} 
	/** * 客户端发送消息到服务器时触发事件 */ 
	int j=0; 
	int h=0; 
	int e=0; 
	int l=0; 
	@Override 
	public void onMessage(org.java_websocket.WebSocket conn, String message) { 
		message = message.toString(); 
		if(message!=null){ 
			//将用户加入 
			this.userjoin(message.toString(), conn); 
			} 
		} 
	/** * 触发连接事件 */ 
	@Override 
	public void onOpen(org.java_websocket.WebSocket conn, ClientHandshake handshake) { 
		System.out.println("有人连接Socket conn:"+conn); 
		l++; 
		} 
	/** * 用户加入处理 * @param user */ 
	public void userjoin(String user, org.java_websocket.WebSocket conn) { 
		WebSocketPool.sendMessage(user); 
		// 把当前用户加入到所有在线用户列表中 
		String joinMsg = "[系统]"+user+"上线了！";
		WebSocketPool.sendMessage(joinMsg); 
		// 向所有在线用户推送当前用户上线的消息 
		WebSocketPool.addUser(user, conn); 
		// 向连接池添加当前的连接对象
		WebSocketPool.sendMessageToUser(conn, WebSocketPool.getOnlineUser().toString()); 
		// 向当前连接发送当前在线用户的列表 
		} 
		/** * 用户下线处理 * @param user */ 
		public void userLeave(org.java_websocket.WebSocket conn) { 
			String user = WebSocketPool.getUserByKey(conn); 
			boolean b = WebSocketPool.removeUser(conn); 
			// 在连接池中移除连接 
			if (b) { WebSocketPool.sendMessage(user.toString()); 
			// 把当前用户从所有在线用户列表中删除 
			String joinMsg = "[系统]"+user+"下线了"; 
			WebSocketPool.sendMessage(joinMsg); 
			// 向在线用户发送当前用户退出的消息 
			} 
			}
		public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
			System.out.println("开始启动websocket"); 
			WebSocketImpl.DEBUG = false; int port = 8888; 
			// 端口随便设置，只要不跟现有端口重复就可以 
			WebSocket s = null; 
			try { 
				s = new WebSocket(port); 
				} catch (UnknownHostException e) { 
					System.out.println("启动websocket失败！"); 
					e.printStackTrace(); 
					} 
			s.start(); 
			System.out.println("启动websocket成功！"); 
			}
}

WebSocketPool.java

package com.haha.websocket;
import java.util.ArrayList; 
import java.util.Collection; 
import java.util.HashMap; 
import java.util.List; 
import java.util.Map; 
import java.util.Set; 
import org.java_websocket.WebSocket; 
public class WebSocketPool { 
	private static final Map<WebSocket, String> userconnections = new HashMap<WebSocket, String>(); 
	/** * 获取用户名 * @param session */ 
	public static String getUserByKey(WebSocket conn) { 
		return userconnections.get(conn); 
		} 
	/** * 获取在线总数 * @param */ 
	public static int getUserCount() { 
		return userconnections.size(); 
		} 
	/** * 获取WebSocket * @param user */ 
	public static WebSocket getWebSocketByUser(String user) { 
		Set<WebSocket> keySet = userconnections.keySet(); 
		synchronized (keySet) { 
			for (WebSocket conn : keySet) { 
				String cuser = userconnections.get(conn); 
				if (cuser.equals(user)) { 
					return conn; 
					} 
				} 
			} 
		return null; 
		} 
	/** * 向连接池中添加连接 * @param inbound */ 
	public static void addUser(String user, WebSocket conn) { 
		userconnections.put(conn, user); 
		// 添加连接 
		} 
	/** * 获取所有的在线用户 * @return */ 
	public static Collection<String> getOnlineUser() { 
		List<String> setUsers = new ArrayList<String>(); 
		Collection<String> setUser = userconnections.values(); 
		for (String u : setUser) { 
			setUsers.add(u); 
			} 
		return setUsers; 
		} 
	/** * 移除连接池中的连接 * @param inbound */ 
	public static boolean removeUser(WebSocket conn) { 
		if (userconnections.containsKey(conn)) { 
			userconnections.remove(conn); 
			// 移除连接
			return true; 
			} else { 
				return false; 
				} 
		} 
	/** * 向特定的用户发送数据 * @param user * @param message */ 
	public static void sendMessageToUser(WebSocket conn, String message) { 
		if (null != conn) { conn.send(message); 
		} 
		} 
	/** * 向所有的用户发送消息 * @param message */ 
	public static void sendMessage(String message) { 
		Set<WebSocket> keySet = userconnections.keySet(); 
		synchronized (keySet) { 
			for (WebSocket conn : keySet) { 
				String user = userconnections.get(conn); 
				if (user != null) { conn.send(message); 
				} 
				} 
			} 
		} 
	
	
	
}

StartFilter.java

package com.haha.filter;

import java.io.IOException;
import java.net.UnknownHostException;

import javax.servlet.Filter;
import javax.servlet.FilterChain;
import javax.servlet.FilterConfig;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.ServletRequest;
import javax.servlet.ServletResponse;

import org.java_websocket.WebSocketImpl;

import com.haha.websocket.WebSocket;
public class StartFilter implements Filter {
    public StartFilter() {
    }

	public void destroy() {
	}
	public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
		chain.doFilter(request, response);
	}

	public void init(FilterConfig fConfig) throws ServletException {
		this.startWebsocketOnline();
	}
	/** * 启动socket服务 */ 
	public void startWebsocketOnline() { 
		System.out.println("开始启动websocket"); 
		WebSocketImpl.DEBUG = false; int port = 8888; 
		// 端口随便设置，只要不跟现有端口重复就可以
		WebSocket s = null; 
		try { 
			s = new WebSocket(port); 
			s.start(); 
			} catch (UnknownHostException e) { 
				System.out.println("启动websocket失败！"); 
				e.printStackTrace(); 
				} 
		System.out.println("启动websocket成功！"); 
		}
	

}

TestServlet.java

package com.haha.servlet;

import java.io.IOException;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

public class TestServlet extends HttpServlet {
	private static final long serialVersionUID = 1L;
       
    public TestServlet() {
        super();
    }

	protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
		super.doPost(request, response);
	}

	protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
		System.out.println("content"+req.getParameter("content")); 
		req.getSession().setAttribute("content", req.getParameter("content")); 
		req.getRequestDispatcher("/index.jsp").forward(req, resp);
	}

}

index.jsp

<%@ page language="java" contentType="text/html; charset=UTF-8"
    pageEncoding="UTF-8"%>
<% String path = request.getContextPath(); 
   String basePath = request.getScheme()+"://"+request.getServerName()+":"+request.getServerPort()+path+"/"; %>
<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/loose.dtd">
<html>
<head> 
<base href="<%=basePath%>"> 
<title>晓枫的WebSocket</title> 
<meta http-equiv="pragma" content="no-cache"> 
<meta http-equiv="cache-control" content="no-cache"> 
<meta http-equiv="expires" content="0"> 
<meta http-equiv="keywords" content="keyword1,keyword2,keyword3"> 
<meta http-equiv="description" content="This is my page"> 
<script type="text/javascript" src="js/websocket.js"></script> 
</head>
<body>
	<input type="hidden" value="${content }" id="content"> 
	<form action="TestServlet" method="post"> 
		content : <input type="text" name="content"> 
		<button type="submit">登陆</button> 
	</form> 
	<span id="span"> </span>
</body>
</html>

websocket.js

/** * 申请一个WebSocket对象，参数是需要连接的服务器端的地址， 
 * * 同http协议使用http://开头一样， 
 * * WebSocket协议的URL使用ws://开头， 
 * * 另外安全的WebSocket协议使用wss://开头 
 * * 创建人：晓枫 创建时间 2016-8-18 */ 
var ws = new WebSocket("ws://127.0.0.1:8888"); 
ws.onopen = function()
//当websocket创建成功时，即会触发onopen事件
{ 
	var content=document.getElementById("content").value; 
	if(content==nullcontent==""){ 
		ws.send("XiaoFeng");
		//用于叫消息发送到服务端 注：此处为用户名 
		}
		else{ ws.send(content); 
		} 
		}; 
		ws.onmessage = function(evt)
		//当客户端收到服务端发来的消息时，会触发onmessage事件，参数evt.data中包含server传输过来的数据 
		{ 
			document.getElementById("span").innerHTML="当前在线人数为："+evt.data; 
			}; 
			ws.onclose = function(evt)
			//当客户端收到服务端发送的关闭连接的请求时，触发onclose事件 
			{ 
				alert("WebSocketClosed!"); 
				}; 
				ws.onerror = function(evt)
				//如果出现连接，处理，接收，发送数据失败的时候就会触发onerror事件
				{ 
					alert("WebSocketError!"); 
				};