完全搞懂 WebSocket 原理

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  在知乎上看到一篇，让我对 websocket 的认识深入。因此转到我博客里，分享一下。

1、websocket与http

WebSocket是HTML5出的东西（协议），也就是说HTTP协议没有变化，或者说不要紧，但HTTP是不支持持久链接的（长链接，循环链接的不算）

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，可是 Websocket 实际上是一个新协议，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协议上的一种补充能够经过这样一张图理解

有交集，可是并非所有。

另外Html5是指的一系列新的API，或者说新规范，新技术。Http协议自己只有1.0和1.1，并且跟Html自己没有直接关系。。通俗来讲，你能够用HTTP协议传输非Html数据，就是这样=。=

再简单来讲，层级不同。

2、Websocket是什么样的协议，具体有什么优势

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讲。简单的举个例子吧，用目前应用比较普遍的PHP生命周期来解释。

HTTP的生命周期经过 Request 来界定，也就是一个 Request 一个 Response ，那么在 HTTP1.0 中，此次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链接中，能够发送多个Request，接收多个Response。可是请记住 Request = Response， 在HTTP中永远是这样，也就是说一个request只能有一个response。并且这个response也是被动的，不能主动发起。

教练，你BB了这么多，跟Websocket有什么关系呢？_(:з」∠)_好吧，我正准备说Websocket呢。。

首先Websocket是基于HTTP协议的，或者说借用了HTTP的协议来完成一部分握手。

首先咱们来看个典型的 Websocket 握手（借用Wikipedia的。。）

• 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，这段相似HTTP协议的握手请求中，多了几个东西。我会顺便讲解下做用。

• 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，我要验证尼是否是真的是Websocket助理。

而后， Sec_WebSocket-Protocol 是一个用户定义的字符串，用来区分同URL下，不一样的服务所须要的协议。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，各类奇奇怪怪的协议都有，并且还有不少期奇奇怪怪不一样的东西，什么Firefox和Chrome用的不是一个版本之类的，当初Websocket协议太多但是一个大难题。。不过如今还好，已经定下来啦~你们都使用的一个东西~ 脱水： 服务员，我要的是13岁的噢→_→

而后服务器会返回下列东西，表示已经接受到请求， 成功创建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。

而后， Sec-WebSocket-Accept 这个则是通过服务器确认，而且加密事后的 Sec-WebSocket-Key 。 服务器：好啦好啦，知道啦，给你看个人ID CARD来证实行了吧。。

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

至此，HTTP已经完成它全部工做了，接下来就是彻底按照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——————

你TMD又BBB了这么久，那到底Websocket有什么鬼用， http long poll ，或者ajax轮询 不均可以实现实时信息传递么。

好好好，年轻人，那咱们来说一讲Websocket有什么用。来给你吃点胡（苏）萝（丹）卜（红）

3、Websocket的做用

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

ajax轮询

ajax轮询的原理很是简单，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 差很少，都是采用轮询的方式，不过采起的是阻塞模型（一直打电话，没收到就不挂电话），也就是说，客户端发起链接后，若是没消息，就一直不返回Response给客户端。直到有消息才返回，返回完以后，客户端再次创建链接，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

从上面能够看出其实这两种方式，都是在不断地创建HTTP链接，而后等待服务端处理，能够体现HTTP协议的另一个特色，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、不能主动发起链接），可是上司有命令，若是有客户来，无论多么累都要好好接待。

说完这个，咱们再来讲一说上面的缺陷（原谅我废话这么多吧OAQ）

从上面很容易看出来，无论怎么样，上面这两种都是很是消耗资源的。

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

因此 ajax轮询 和 long poll 都有可能发生这种状况。

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：而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，咱们来讲Websocket吧 经过上面这个例子，咱们能够看出，这两种方式都不是最好的方式，须要不少资源。

一种须要更快的速度，一种须要更多的’电话’。这两种都会致使’电话’的需求愈来愈高。

哦对了，忘记说了HTTP仍是一个状态协议。

通俗的说就是，服务器由于天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。

因此在这种状况下出现了，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），服务端就能够主动推送信息给客户端啦。因此上面的情景能够作以下修改。

客户端：啦啦啦，我要创建Websocket协议，须要的服务：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：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，只须要通过一次HTTP请求，就能够作到源源不断的信息传送了。（在程序设计中，这种设计叫作回调，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，并且还很是消耗资源的这种状况。那么为何他会解决服务器上消耗资源的问题呢？

其实咱们所用的程序是要通过两层代理的，即HTTP协议在Nginx等服务器的解析下，而后再传送给相应的Handler（PHP等）来处理。简单地说，咱们有一个很是快速的 接线员（Nginx） ，他负责把问题转交给相应的 客服（Handler） 。

自己接线员基本上速度是足够的，可是每次都卡在客服（Handler）了，老有客服处理速度太慢。，致使客服不够。Websocket就解决了这样一个难题，创建后，能够直接跟接线员创建持久链接，有信息的时候客服想办法通知接线员，而后接线员在统一转交给客户。

这样就能够解决客服处理速度过慢的问题了。

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

虽然接线员很快速，可是每次都要听这么一堆，效率也会有所降低的，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，并且还会在网路传输中消耗过多的流量/时间。

可是Websocket只须要一次HTTP握手，因此说整个通信过程是创建在一次链接/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（固然客户端仍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），不须要占用自己速度就慢的客服（Handler）了

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

可是能够经过上面说的 long poll 和 ajax 轮询 来 模拟出相似的效果

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