有了 HTTP 协议，为什么还需要 Websocket？

Posted 2021-11-06 Monster_起飞

WebSocket 是一种基于 TCP 连接上进行全双工通信的协议，相对于 HTTP 这种非持久的协议来说，WebSocket 是一个持久化网络通信的协议。

WebSocket 是一种基于 TCP 连接上进行全双工通信的协议，相对于 HTTP 这种非持久的协议来说，WebSocket 是一个持久化网络通信的协议。

它不仅可以实现客户端请求服务器，同时可以允许服务端主动向客户端推送数据。在 WebSocket API 中，客户端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。

为什么需要 WebSocket

在 Web 应用架构中，连接由 HTTP/1.0 和 HTTP/1.1 处理。HTTP 是客户端/服务器模式中 请求一响应 所用的协议，在这种模式中，客户端(一般是浏览器)向服务器提交 HTTP 请求，服务器响应请求的资源(例如 html 页面)。

HTTP 是无状态的，也就是说，它将每个请求当成唯一和独立的。无状态协议具有一些优势，例如，服务器不需要保存有关会话的信息，从而不需要存储数据。但是，这也意味着在每次 HTTP 请求和响应中都会发送关于请求的冗余信息，比如使用 Cookie 进行用户状态的验证。

随着客户端和服务器之间交互的增加，HTTP 协议在客户端和服务器之间通信所需要的信息量快速增加。

从根本上讲，HTTP 还是 半双工 的协议，也就是说，在同一时刻信息的流向只能单向的：客户端向服务器发送请求(单向)，然后服务器响应请求(单向)。半双工方式的通信效率是非常低的。

同时 HTTP 协议有一个缺陷：通信只能由客户端发起。

这种单向请求的特点，注定了如果服务器有状态变化，是无法主动通知客户端的。

为了能够及时的获取服务器的变化，我们尝试过各种各样的方式：

• 轮询(polling)：每隔一段时间，就发出一个请求，了解服务器有没有新的信息。不精准，有延时，大量无效数据交换。
• 长轮询( long polling)：客户端向服务器请求信息，并在设定的时间段内保持连接。直到服务器有新消息响应，或者连接超时，这种技术常常称作“挂起GET”或“搁置POST”。占用服务器资源，相对轮询并没有优势，没有标准化。
• 流化技术：在流化技术中，客户端发送一个请求，服务器发送并维护一个持续更新和保持打开(可以是无限或者规定的时间段)的开放响应。每当服务器有需要交付给客户端的信息时，它就更新响应。服务器从不发出完成 HTTP 响应。代理和防火墙可能缓存响应，导致信息交付的延迟增加。

上述方法提供了近乎实时的通信，但是它们也涉及 HTTP 请求和响应首标，包含了许多附加和不必要的首标数据与延迟。此外，在每一种情况下，客户端都必须等待请求返回，才能发出后续的请求，而这显著地增加了延退。同时也极大地增加了服务器的压力。

什么是 WebSocket

而 Websocket 是一种自然的全双工、双向、单套接字连接，解决了 HTTP 协议中不适合于实时通信的问题。2008 年被提出，2011 年成为国际标准。

Websocket 协议能够通过 Web 进行客户端和服务器之间的全双工通信，并支持二进制数据和文本字符串的传输。

这个协议由开始的握手和之后的基本消息框架组成，是建立在 TCP 协议上的。相比于 HTTP 协议，Websocket 链接一旦建立，即可进行双向的实时通信。

其特点包括：

(1)建立在 TCP 协议之上，服务器端的实现比较容易。

(2)与 HTTP 协议有着良好的兼容性。默认端口也是 80 和 443，并且握手阶段采用 HTTP 协议，因此握手时不容易屏蔽，能通过各种 HTTP 代理服务器。

(3)数据格式比较轻量，性能开销小，通信高效。

(4)可以发送文本，也可以发送二进制数据。

(5)没有同源限制，客户端可以与任意服务器通信。

相似技术

Server-sent Events(SSE)：

https://www.ruanyifeng.com/blog/2017/05/server-sent_events.html

https://www.cnblogs.com/goloving/p/9196066.html

SPDY (读作“SPeeDY”)：已不再维护，由 HTTP/2 取代

https://baike.baidu.com/item/SPDY/3399551#7

WebRTC

https://baike.baidu.com/item/WebRTC/5522744

通信原理

WebSocket 链接是如何建立的?

前面说过，WebSocket 在握手阶段采用的是 HTTP 协议，Websocket 借用了 HTTP 的一部分协议来完成一次握手。(HTTP的三次握手，此处只完成一次)

HTTP 请求与响应首部

WebSocket 请求与响应首部

链接通信模拟

HTTP 轮询

首先是 ajax 轮询，其原理非常简单，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(Request)
• 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 ’ 西岭真帅’ 。(Response)
• 客户端：啦啦啦，有没有新消息(Request)
• 服务端：。。。没。。。。没。。没有

从上面可以看出，轮询其实就是在不断地建立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。同时，http 的每一次请求与响应结束后，服务器将客户端信息全部丢弃，下次请求，必须携带身份信息(cookie)，无状态性。

WebSocket

客户端通过 http(骑马)带着信请求服务器，但同时，携带了 Upgrade:websocket 和Connection:Upgrade(两根管子)，服务器如果支持 WebSocket 协议(有两根管子的接口)，使用 Websocket 协议返回可用信息(丢弃马匹)，此后信息的传递，均使用这两个管子，除非有一方人为的将管子切断。若服务器不支持，客户端请求链接失败，返回错误信息。

Websocket 的出现，干净利落的解决了这些问题。

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：13(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。
• 客户端：balabala开始斗图balabala
• 服务端：苍*空bala
• 客户端：流鼻血了，我擦……
• 服务端：哈哈哈牛XX啊哈哈哈哈
• 服务端：笑死我了哈哈