三种Web通信技术之间的差异和应用场景

在网络应用的快速发展中，新型的通信协议不断涌现，而 WebSocket、gRPC 和 QUIC 都是现代网络通信技术中的重要协议和技术，在不同的应用场景中，它们之间存在着一定的相同和差异。接下来我们就以这三种技术的特点、差异和应用场景进行分析说明。什么是Websocket？WebSocket 是一种基于 HTTP 的协议，是HTML5研究小组在2011年提出的一个协议规范，主要用于实现双向通信。在WebSocket中，客户端和服务器可以建立一条持久化的连接，通过这条连接可以实现双向通信。WebSocket 是应用层第七层上的一个应用层协议，它必须依赖 HTTP 协议进行一次握手 ，握手成功后，数据就直接从 TCP 通道传输，与 HTTP 无关了。也就是说WebSocket 分为握手和数据传输阶段（HTTP握手 + 双工的TCP连接），还有最后关闭连接阶段，如下图：

有以下特点：
●建立在 TCP 协议之上（它需要通过握手连接之后才能通信，服务器端的实现比较容易）
●双向通信（当建立通信连接，可以做到持久性的连接，服务器可以主动的给客户端推送消息）
●更强的实时性
●与 HTTP 协议有着良好的兼容性。（默认端口也是80或443，并且握手阶段采用 HTTP 协议，因此握手时不容易屏蔽，能通过各种代理服务器）
●性能开销小，通信高效。（数据格式比较轻量，可以发送文本，也可以发送二进制数据）
●没有同源限制。（客户端可以与任意服务器通信）
应用场景：●聊天应用●在线游戏●协作编辑应用●股票交易应用●实时活动/数据流展示等
什么是GRPC？
GRPC是Google在2016推出的一个高性能轻量级RPC框架，它使用Protobuf作为接口描述语言，支持多种编程语言，如 C++, Java, Python 等。在 GRPC 中，客户端可以调用远程服务器上的方法，就像调用本地方法一样。

GRPC是建立在TCP之上，工作模式有四种：■简单 RPC （一般的rpc调用，client请求一次，server返回一次）
■服务端流式 RPC （client请求一次，server返回多次）
■客户端流式 RPC （client请求多次，server返回一次）
■双向流式 RPC （结合客户端流式和服务端流式，即双方可以流式互相通信）
对比传统的RPC，在响应返回之前时是不能继续发送请求的，而GRPC双向流模式可以同时互相通信，默认使用protobuf协议，比xml和json传输效率高10-20倍有以下特点：
支持多种语言（跨语言编程）
性能高（protobuf性能高过json, http2.0性能高过http1.1）
基于标准的 HTTP/2 设计（支持双向流、消息头压缩、单TCP的多路复用、服务端推送等特性）
默认采用protobuf作为IDL（接口描述语言）
序列化支持 protobuf（protobuf是一种语言无关的高性能序列化框架，保障了RPC调用的高性能，传输效率高）
流式处理（基于http2.0支持客户端流式，服务端流式，双向流式）
应用场景：微服务架构：可以用于构建微服务架构中的各个服务之间的通信，实现高效的服务调用。多语言项目：其跨语言特性使得不同语言的项目可以通过GRPC进行通信，特别是当项目涉及多个不同语言的服务的时候。
云原生应用：可以与Kubernetes、Istio等云原生技术结合使用，实现服务的发现、负载均衡、容错等功能，从而更好地支持云原生应用的开发和部署。
什么是QUIC？
QUIC是谷歌在2016年制定的一种基于UDP的低时延的互联网传输层协议，旨在解决 TCP 协议存在的问题。QUIC 支持多路复用和快速握手，可以提高数据传输的效率和可靠性。有以下特点：快速启动和快速恢复：QUIC可以在连接建立时立即启动数据传输，不需要等待握手完成，因此可以更快地建立连接和传输数据。
多路复用：可以在一个连接上同时传输多个数据流，提高网络利用率和数据传输效率。
安全性：内置TLS协议，支持端到端的加密传输，可以保护数据的机密性和完整性，防止网络中间人攻击和数据泄露。连接保持：当客户端 IP 或者端口发生变化时，可以快速恢复连接，也就是从WiFi 切换到流量时用户无感知。
适应性：依据自适应算法并结合网络状况调整传输参数。例如调整窗口大小、重传超时等，以适应不同的网络环境和带宽情况。
应用场景：实时通信和游戏：其快速启动和快速恢复的特点，使得它更适用于实时通信和游戏场景流媒体和视频服务：其多路复用和流量控制，适合用于流媒体和视频服务，提高数据传输效率和网络利用率。
网络安全：内置TLS协议，支持端到端的加密传输，可以保护数据的机密性和完整性，适合用于网络安全场景。三者之间差异对比优缺点对比

综合对比

我们应该如何使用？
何时使用 GRPC○在微服务风格的系统框架中使用GRPC连接多语言服务。
○针对流式请求和流式响应的点对点实时服务。
何时使用 WebSocket○实时更新的功能及服务，其中通信是单向的，由服务器将最新更新的信息推送到客户端。如：警报和通知。
○双向通信的功能及服务，客户端和服务器互相实时发送和接收消息。如：在线聊天、在线协作编辑文档。
○一次向多个终端广播相同的消息，通常说法为发布/订阅消息传递方式。
何时使用QUIC○短视频：提升首屏秒开率，降低卡顿率。
○图片文件下载：降低文件下载总耗时。
○直播：降低播放卡顿率，提升推流稳定性。
总结你要选择使用哪种协议将取决于您的特定需求。
你的应用程序的应用场景和目标决定了你应该使用哪种协议。比如：双向通信的实时应用程序就最适合使用websocket，但它不太适合需要发送大量数据的应用程序。
若应用服务间需要发送大量数据进行通信，那gRPC无疑是最好的选择。基本上，您需要确定您的应用程序开发目标是什么，测重点是什么。
你可以尝试对自己问以下问题：
●应用程序的目标是什么：安全还是质量？
●应用程序开发目标是什么？
●未来的目标是什么？
关注以上的几个问题的同时，然后决定为要研发的应用程序选择一个适合的通信技术。