WebSocket基础知识

1. WebSocket 是什么？

WebSocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议。它基于TCP/IP协议，但独立于HTTP协议。

全双工： TCP 连接的两端，同⼀时间⾥，双⽅都可以主动向对⽅发送数据。这就是所谓的全双⼯。
半双工： 现在使⽤最⼴泛的 HTTP/1.1 ，也是基于TCP协议的，同⼀时间⾥，客户端和服务器只能有⼀⽅主动发数据，这就是所谓的半双⼯。

2. 怎么建立WebSocket 连接？

浏览器在 TCP 三次握⼿建⽴连接之后，都统⼀使⽤ HTTP 协议先进⾏⼀次通信。

• 如果此时是普通的 HTTP 请求，那后续双⽅就还是⽼样⼦继续⽤普通 HTTP 协议进⾏交互。
• 如果这时候是想建⽴ WebSocket 连接，就会在 HTTP 请求⾥带上⼀些特殊的header 头，如下：

Connection: Upgrade
Upgrade: WebSocket
Sec-WebSocket-Key: T2a6wZlAwhgQNqruZ2YUyg==\r\n

这些 header 头的意思是，浏览器想升级协议（Connection: Upgrade），并且想升级成 WebSocket 协议（Upgrade: WebSocket）。同时带上⼀段随机⽣成的 base64 码（Sec-WebSocket-Key），发给服务器。

如果服务器正好⽀持升级成 WebSocket 协议。就会⾛ WebSocket 握⼿流程，同时根据客户端⽣成的
base64 码，⽤某个公开的算法变成另⼀段字符串，放在 HTTP 响应的 Sec-WebSocket-Accept 头⾥，同时带上 101状态码（协议转换） ，发回给浏览器。HTTP 的响应如下：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n
Sec-WebSocket-Accept: iBJKv/ALIW2DobfoA4dmr3JHBCY=\r\n
Upgrade: WebSocket\r\n
Connection: Upgrade\r\n

之后，浏览器也⽤同样的公开算法将 base64码 转成另⼀段字符串，如果这段字符串跟服务器传回来的字符串⼀致，验证通过。

就这样经历了⼀来⼀回两次 HTTP 握⼿，WebSocket就建⽴完成了，后续双⽅就可以使⽤ webscoket 的数据格式进⾏通信了。

WebSocket和HTTP⼀样都是基于TCP的协议。经历了三次TCP握⼿之后，利⽤ HTTP 协议升级为 WebSocket 协议。

WebSocket只有在建⽴连接时才⽤到了HTTP，升级完成之后就跟HTTP没有任何关系了。

WebSocket的数据格式是数据头（内含payload⻓度） + payload data 的形式,这是因为 TCP 协议本身就是全双⼯，但直接使⽤纯裸TCP去传输数据，会有粘包的"问题"。为了解决这个问题，上层协议⼀般会⽤消息头+消息体的格式去᯿新包装要发的数据。⽽消息头⾥⼀般含有消息体的⻓度，通过这个⻓度可以去截取真正的消息体。

HTTP 协议和⼤部分 RPC 协议，以及WebSocket协议，都是这样设计的。

2. WebSocket 的使用场景

WebSocket完美继承了 TCP 协议的全双⼯能⼒，它适⽤于需要服务器和客户端（浏览器）频繁交互的⼤部分场景，⽐如⽹⻚/⼩程序游戏，⽹⻚聊天室，以及⼀些类似⻜书这样的⽹⻚协同办公软件。

总结

• TCP 协议本身是全双⼯的，但我们最常⽤的 HTTP/1.1，虽然是基于 TCP 的协议，但它是半双⼯的，对于⼤部分需要服务器主动推送数据到客户端的场景，都不太友好，因此我们需要使⽤⽀持全双⼯的WebSocket 协议。
• 在 HTTP/1.1 ⾥，只要客户端不问，服务端就不答。基于这样的特点，对于登录⻚⾯这样的简单场
  景，可以使⽤定时轮询或者⻓轮询的⽅式实现服务器推送(comet)的效果。
• 对于客户端和服务端之间需要频繁交互的复杂场景，⽐如⽹⻚游戏，都可以考虑使⽤ WebSocket 协议。
• WebSocket 和 socket ⼏乎没有任何关系，只是叫法相似。
• 正因为各个浏览器都⽀持 HTTP协 议，所以 WebSocket 会先利⽤HTTP协议加上⼀些特殊的 header头进⾏握⼿升级操作，升级成功后就跟 HTTP 没有任何关系了，之后就⽤ WebSocket 的数据格式进⾏收发数据。

来源：图解网络-小林coding