WebSocket简介

为什么需要WebSocket

在HTTP协议中，所有的请求都是由客户端发起的，由服务端进行响应，服务端无法向客户端推送消息，但是在一些需要即时通信的应用中，又不可避免地需要服务端向客户端推送消息，传统的解决方案主要有如下几种。

1. 轮询

轮询是最简单的一种解决方案，所谓轮询，就是客户端在固定的时间间隔下不停地向服务端发送请求，查看服务端是否有最新的数据，若服务端有最新的数据，则返回给客户端，若服务端没有，则返回一个空的JSON或者XML文档。

轮询对开发人员而言实现方便，但是弊端也很明显：客户端每次都要新建HTTP请求，服务端要处理大量的无效请求，在高并发场景下会严重拖慢服务端的运行效率，同时服务端的资源被极大的浪费了，因此这种方式并不可取。

2. 长轮询

长轮询是传统轮询的升级版，当聪明的工程师看到轮询所存在的问题后，就开始解决问题，于是有了长轮询。

不同于传统轮询，在长轮询中，服务端不是每次都会立即响应客户端的请求，只有在服务端有最新数据的时候才会立即响应客户端的请求，否则服务端会持有这个请求而不返回，直到有新数据时才返回。

这种方式可以在一定程度上节省网络资源和服务器资源，但是也存在一些问题，例如：

• 如果浏览器在服务器响应之前有新数据要发送，就只能创建一个新的并发请求，或者先尝试断掉当前请求，再创建新的请求。

• TCP和HTTP规范中都有连接超时一说，所以所谓的长轮询并不能一直持续，服务端和客户端的连接需要定期的连接和关闭再连接，这又增大了程序员的工作量，当然也有一些技术能够延长每次连接的时间，但毕竟是非主流解决方案。

3. Applet和Flash

Applet和Flash都已经是明日黄花，不过在这两个技术存在的岁月里，除了可以让我们的HTML页面更加绚丽之外，还可以解决消息推送问题。

开发者可以使用Applet和Flash来模拟全双工通信，通过创建一个只有1个像素点大小的透明的Applet或者Flash，然后将之内嵌在网页中，再从Applet或者Flash的代码中创建一个Socket连接进行双向通信。

这种连接方式消除了HTTP协议中的诸多限制，当服务器有消息发送到客户端的时候，开发者可以在Applet或者Flash中调用Javascript函数将数据显示在页面上，当浏览器有数据要发送给服务器时也一样，通过Applet或者Flash来传递。

这种方式真正地实现了全双工通信，不过也有问题，说明如下：

• 浏览器必须能够运行Java或者Flash。

• 无论是Applet还是Flash都存在安全问题。

• 随着HTML 5标准被各浏览器厂商广泛支持，Flash下架已经被提上日程（Adobe宣布2020年正式停止支持Flash）。

其实，传统的解决方案不止这三种，但是无论哪种解决方案都有自身的缺陷，于是有了WebSocket。

WebSocket简介

WebSocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议，已被W3C定为标准。

使用WebSocket可以使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单，它允许服务端主动向客户端推送数据。

在WebSocket协议中，浏览器和服务器只需要完成一次握手，两者之间就可以直接创建持久性的连接，并进行双向数据传输。

WebSocket使用了HTTP/1.1的协议升级特性，一个WebSocket请求首先使用非正常的HTTP请求以特定的模式访问一个URL，这个URL有两种模式，分别是ws和wss，对应HTTP协议中的HTTP和HTTPS，在请求头中有一个Connection:Upgrade字段，表示客户端想要对协议进行升级，另外还有一个Upgrade:websocket字段，表示客户端想要将请求协议升级为WebSocket协议。这两个字段共同告诉服务器要将连接升级为WebSocket这样一种全双工协议，如果服务端同意协议升级，那么在握手完成之后，文本消息或者其他二进制消息就可以同时在两个方向上进行发送，而不需要关闭和重建连接。此时的客户端和服务端关系是对等的，它们可以互相向对方主动发送消息。

和传统的解决方案相比，WebSocket主要有如下特点：

• WebSocket使用时需要先创建连接，这使得WebSocket成为一种有状态的协议，在之后的通信过程中可以省略部分状态信息（例如身份认证等）。

• WebSocket连接在端口80（ws）或者443（wss）上创建，与HTTP使用的端口相同，这样，基本上所有的防火墙都不会阻止WebSocket连接。

• WebSocket使用HTTP协议进行握手，因此它可以自然而然地集成到网络浏览器和HTTP服务器中，而不需要额外的成本。

• 心跳消息（ping和pong）将被反复的发送，进而保持WebSocket连接一直处于活跃状态。

• 使用该协议，当消息启动或者到达的时候，服务端和客户端都可以知道。

• WebSocket连接关闭时将发送一个特殊的关闭消息。

• WebSocket支持跨域，可以避免Ajax的限制。

• HTTP规范要求浏览器将并发连接数限制为每个主机名两个连接，但是当我们使用WebSocket的时候，当握手完成之后，该限制就不存在了，因为此时的连接已经不再是HTTP连接了。

• WebSocket协议支持扩展，用户可以扩展协议，实现部分自定义的子协议。

• 更好的二进制支持以及更好的压缩效果。

WebSocket既然具有这么多优势，使用场景当然也是非常广泛的，例如：

• 在线股票网站。

• 即时聊天。

• 多人在线游戏。

• 应用集群通信。

• 系统性能实时监控。

文章来源: Spring Boot+Vue全栈开发实战 - 11.2 WebSocket简介