说说 WebSocket，3 分钟让你全面认识它

Posted 2021-04-25 深度操作系统

“WebSocket 是一项先进的技术，它可以在用户的浏览器和服务器之间打开交互式通信会话。通过 WebSocket，您可以向服务器发送消息并实时接收响应，而无需通过传统的轮询服务器的方式来获取服务器上的响应。”

这是一段 Mozilla 在开发人员文档页面上对于 WebSocket 的介绍。简单的来说，WebSocket 可以使浏览器在一段时间内保持与服务器的连接，它实现了浏览器与服务器全双工（full-duplex）通信，即允许服务器主动发送信息给客户端。对于例如动态更新位置数据、拉取热点新闻、在浏览器中构建高性能游戏以及收集更多点击流数据等等需要保持实时数据交换的场景，这个特性就特别地友好。

WebSocket 解决了什么问题

相信大家都有遇到过这样的场景，服务器上有些资源经常会进行更新，客户端需要尽量及时的获取到这些更新，在传统的 HTTP 协议中，如果客户端不发起一个 Request 请求，那么服务器是没有办法向客户端主动发起数据的。那么我们是如何解决客户端和服务器之间的数据更新问题的呢？

比较常见的做法就是 AJAX 轮询。客户端设置一个定时器，在一定时间内客户端会向服务器发起一个 AJAX 请求，询问服务器是否有更新，如果有更新就及时返回数据。通过定时器，客户端可以反复的去轮询服务器上相关的资源有没有更新，从而实现近乎“实时”的通讯。

AJAX 轮询虽然缩短了客户端和服务器之间数据同步的延迟时间，但同时也带来了一些性能消耗的问题。例如，如果客户端较多，那么服务器同时接收轮询请求就会增多，这就会对服务器造成巨大的压力，轮询所产生的流量，也会对网络造成一定的消耗，另外服务器资源更新频率较为频繁，但客户端定时器时间间隔较大，或者服务器长时间没有更新资源，这就会导致资源更新不及时、带宽耗费等等问题。

但有了 WebSocket 之后就不同了，在 WebSocket API 中，浏览器和服务器只需要完成一次握手，两者之间就直接可以创建持久性的连接，并进行双向数据传输。这样，即使没有来自客户端的明确请求，服务器也可以向客户端发送信息，实现反向的通讯。这就是服务器与客户端之间的“全双工”通信。

点击此处^[1]可以体验一下 WebSocket 的魅力。

WebSocket 工作原理

如果服务器检查数据包数据和格式正确，客户端和服务器端的协议版本号匹配，就接受本次握手连接，并给出相应的数据回复，同样回复的数据包也是采用 HTTP 协议传输。等待客户端确认后，就将初始 HTTP 连接升级为 WebSocket 连接，并且为每个客户端维护该连接，从而实现双向通讯。

WebSocket 的优势

比起传统的轮询方式，WebSocket 可以更好的节省服务器资源和带宽，并且能够进行更加实时地通讯，优势如下：

• 减小带宽开销。服务器和客户端在连接建立后，相比起 HTTP 请求，交换数据时用于协议控制的数据包头部相对较小，一般只有 2 字节；

• 增强实时性。服务器可以随时主动给客户端下发数据，相对于 HTTP 请求需要等待客户端发起请求服务端才能响应，延迟明显更少，和传统的轮询比较，WebSocket 也可以在短时间内更有效率地传递数据；

• 维持连接状态。在一些需要身份认证的场景下， HTTP 请求可能需要在每个请求都携带状态信息（服务器不记录每次的请求和响应信息），而 WebSocket 一次连接建立后就会保持住会话状态，这就使其成为一种有状态的协议，后续通信时就可以省略部分状态信息；

• 更灵活的扩展支持。根据 RFC6455 协议^[2]，开发者可以对 WebSocket 自定义二进制帧，相对 HTTP，可以更轻松地处理二进制内容，此外开发者也自行扩展协议、实现部分自定义的子协议。

• 更好的压缩效果。WebSocket 在适当的扩展支持下，可以沿用之前内容的上下文，在传递类似的数据时，可以显著地提高压缩率。

WebSocket 有这么多优势，那么它适用于哪些场景呢？下面来简单了解下：

• 需要及时响应的场景。当客户端需要对服务端发生的改变做出快速响应（尤其是客户端无法预测的响应）时，WebSocket 是非常适合的。例如开发一个客服系统，这往往要求实现多个用户实时沟通。如果使用 WebSocket，则每个对话都可以实时发送和接收消息。与 HTTP 相比，WebSocket 不需要考虑发送和接收的每个消息的 HTTP 请求/响应导致的开销，从而会有更高的执行效率。

• 需要实时查询的场景。例如一名篮球迷想要查询比赛结果，如果比赛是上周结束的，那么比赛结果是固定的，HTTP 在这种情况下就非常适合。但是，如果是当前正在进行的比赛，得分会不断变化，并且更新频繁，在这种情况下，WebSocket 就是更好的选择。

• 小负载的高频消息传递。如今越来越多的开发人员正在通过移动设备的 GPS 功能来记录 Web 应用程序的方位感知。如果我们需要记录一段时间内用户的位置信息，高频率发送更加细粒度的位置数据，从而起到实时分享功能（例如运动类 APP），WebSocket 所使用的 TCP 连接会让数据交换飞起来。

• 多人协同的场景。例如近几年发展迅速的在线教育，学生可以足不出户，即可与老师以及其他同学一起进行实时沟通与交流，诸如布置作业、师生互动、问题讨论等等强实时交互类的场景都可交由 WebSocket 协议支撑完成，从而满足低延迟，高及时的场景要求。

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