对.Net WebSocket 和Socket的原理的思考

Posted 2020-06-15

　　今早上班路上接到了一个朋友的微信信息，问我对WebSocket 是否熟悉，一楞，印象之中没有用过这个类....来到公司后，得空问了一下度娘，原来这是一个随着html5推出的一种新协议，意义在于能实现浏览器与服务器全双工通信(full-duplex)。度娘对此的解释是：

　　现很多网站为了实现即时通讯，所用的技术都是轮询(polling)。轮询是在特定的的时间间隔（如每1秒），由浏览器对服务器发出HTTP request，然后由服务器返回最新的数据给客户端的浏览器。这种传统的HTTP request 的模式带来很明显的缺点 – 浏览器需要不断的向服务器发出请求，然而HTTP request 的header是非常长的，里面包含的有用数据可能只是一个很小的值，这样会占用很多的带宽。

　　而比较新的技术去做轮询的效果是Comet – 用了AJAX。但这种技术虽然可达到全双工通信，但依然需要发出请求。

在 WebSocket API，浏览器和服务器只需要做一个握手的动作，然后，浏览器和服务器之间就形成了一条快速通道。两者之间就直接可以数据互相传送。在此WebSocket 协议中，为我们实现即时服务带来了两大好处：

　　1. Header

　　　　互相沟通的Header是很小的-大概只有 2 Bytes

　　2. Server Push

 

　　如上解释，WebSocket 是一个非常不错的东东，然而，我那个朋友正需要使用客户端对服务端做轮询查询，按照常用的解决方案，通过在客户端轮询地向服务端发起Http请求，或者通过Socket直接建立长连接获取最新的数据，然后更新呈现的内容便可以完成任务，不过那好学的朋友可能觉得WebSocket 新鲜吧，不断追问WebSocket 和刚才两个解决方案哪个更好，WebSocket 和Socket区别在哪里？它们的底层原理是否一样？由于自己也从未用过WebSocket ，也不知和soket的区别在哪，那么问题来了，网上搜了一下，关于这个问题的解答真是少之又少，然后去看了下.NET Core的开源源码，在System.Net.WebSockets的WinHttpWebSocket类和System.Net.Sockets的Socket类当中发现了一点线索，也许能解答这个问题。

internal class WinHttpWebSocket : WebSocket
{
    .....

    public async Task ConnectAsync(Uri uri, CancellationToken cancellationToken, ClientWebSocketOptions options)
　　{
   　　　.....

　　　　_operation.SessionHandle = InitializeWinHttp(options);
　　　　_operation.ConnectionHandle = Interop.WinHttp.WinHttpConnectWithCallback(
                        _operation.SessionHandle,
                        uri.IdnHost,
                        (ushort)uri.Port,
                        0);
　　　　ThrowOnInvalidHandle(_operation.ConnectionHandle);

       bool secureConnection = uri.Scheme == UriScheme.Https || uri.Scheme == UriScheme.Wss;

        _operation.RequestHandle = Interop.WinHttp.WinHttpOpenRequestWithCallback(
                        _operation.ConnectionHandle,
                        "GET",
                        uri.PathAndQuery,
                        null,
                        Interop.WinHttp.WINHTTP_NO_REFERER,
                        null,
                        secureConnection ? Interop.WinHttp.WINHTTP_FLAG_SECURE : 0);

        ThrowOnInvalidHandle(_operation.RequestHandle);
        _operation.IncrementHandlesOpenWithCallback();
    　　.....
　　}
  　......  
}

　　

namespace System.Net.Sockets
{
　　public partial class Socket : IDisposable
　　{
  　　　.......

 　　  public void Connect(EndPoint remoteEP)
　　　 {
　　　　　　......
　　　　　　
          EndPoint endPointSnapshot = remoteEP;
          Internals.SocketAddress socketAddress = CheckCacheRemote(ref endPointSnapshot, true);
          if (!Blocking)
          {
              _nonBlockingConnectRightEndPoint = endPointSnapshot;
              _nonBlockingConnectInProgress = true;
          }

          DoConnect(endPointSnapshot, socketAddress);
　　　 }
 　　  private void DoConnect(EndPoint endPointSnapshot, Internals.SocketAddress socketAddress)
　　   {
　　　　　 .......

　　　　  SocketError errorCode = SocketPal.Connect(_handle, socketAddress.Buffer, socketAddress.Size);

　　　　  ......
　　   }

　　   ......
　 }
}

namespace System.Net.Sockets
{
  　internal static class SocketPal
　　{
　　　　.......

　　　　public static SocketError Connect(SafeCloseSocket handle, byte[] peerAddress, int peerAddressLen)
       {
            SocketError errorCode = Interop.Winsock.WSAConnect(
                handle.DangerousGetHandle(),
                peerAddress,
                peerAddressLen,
                IntPtr.Zero,
                IntPtr.Zero,
                IntPtr.Zero,
                IntPtr.Zero);
            return errorCode == SocketError.SocketError ? GetLastSocketError() : SocketError.Success;
        }

　　　　.......
　　}
}

　　

由上面代码可见，

（1）WebSocket最终调用了WinHTTP 的api，WinHTTP的全称是Microsoft Windows HTTP Services, 它提供给开发者一个HTTP客户端应用程序接口(API), 通过这种API借助HTTP协议给其他的HTTP服务器发送请求.关于WinHTTP 的详细API，请自行查询资料，网上一大把，这里不再累赘copy。由此可以验证了WebSocket是基于HTTP请求的，从调用的WinHTTPAPI方法名称可以得知，都是带有回调的方法，也正验证了WebSocket的双工通信的特点。

（2）Socket最终是调用了windows的Winsock接口，Winsock是Windows下的网络编程接口，它是由Unix下的BSD Socket发展而来,是一个与网络协议无关的编程接口。具体信息请自行查询网上资源。

因此，我个人觉得，WebSocket和Socket在技术上并没有太多关系，底层原理也是不同的，WebSocket 是为了满足基于 Web 的日益增长的实时通信需求而产生的，可以在一些实时通信时，代替采用 HTTP 协议不断发送请求的通用的方式，以达到带宽浪费和服务器 CPU 的消耗，更重要的是它是一种协议，而Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口，并不是协议，WebSocket不能等同Socket，也不是Socket的演化，更不能代替Socket。

ps：以上是我的愚见，废话比较多哈，敬请谅解，由于本身技术水平有限，无法在每个细节都深入研究，如有不妥之处，请路过的大神多加指点，小弟在此谢过 ^_^