WebSocket
一、WebSocket是什么
WebSocket，是一种网络传输协议，位于 OSI 模型的应用层。可在单个 TCP 连接上进行全双工通信，能更好的节省服务器资源和带宽并达到实时通迅 客户端和服务器只需要完成一次握手，两者之间就可以创建持久性的连接，并进行双向数据传输
二、特点
全双工 通信允许数据在两个方向上同时传输，它在能力上相当于两个单工通信方式的结合 例如指 A→B 的同时 B→A ，是瞬时同步的 二进制帧 采用了二进制帧结构，语法、语义与 HTTP 完全不兼容，相比 http/2，WebSocket 更侧重于“实时通信”，而 HTTP/2 更侧重于提高传输效率，所以两者的帧结构也有很大的区别 不像 HTTP/2 那样定义流，也就不存在多路复用、优先级等特性 自身就是全双工，也不需要服务器推送 协议名 引入 ws 和 wss 分别代表明文和密文的 websocket 协议，且默认端口使用 80 或 443，几乎与 http 一致
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ws:
//www.chrono.com
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ws:
//www.chrono.com:8080/srv
-
ws:
//www.chrono.com:445/im？user=user_id=xxxx
握手 WebSocket 也要有一个握手过程，然后才能正式收发数据 客户端发送数据格式如下：
GET /chat HTTP/1.1 Host: server.example.com Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ== Origin: http://example.com Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat Sec-WebSocket-Version: 13
Connection：必须设置 Upgrade，表示客户端希望连接升级
Upgrade：必须设置 Websocket，表示希望升级到 Websocket 协议
Sec-WebSocket-Key：客户端发送的一个 base64 编码的密文，用于简单的认证秘钥。要求服务端必须返回一个对应加密的“Sec-WebSocket-Accept 应答，否则客户端会抛出错误，并关闭连接
Sec-WebSocket-Version ：表示支持的 Websocket 版本
服务端返回的数据格式：
HTTP/1.1 101 Switching Protocols：表示服务端接受 WebSocket 协议的客户端连接
Sec-WebSocket-Accep：验证客户端请求报文，同样也是为了防止误连接。具体做法是把请求头里“Sec-WebSocket-Key”的值，加上一个专用的 UUID，再计算摘要
优点
较少的控制开销：数据包头部协议较小，不同于 http 每次请求需要携带完整的头部
更强的实时性：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
保持创连接状态：创建通信后，可省略状态信息，不同于 HTTP 每次请求需要携带身份验证
更好的二进制支持：定义了二进制帧，更好处理二进制内容
支持扩展：用户可以扩展 websocket 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
HTTP 协议的“缺陷”
了解http的人都知道，HTTP 协议有一个缺陷：通信只能由客户端发起。例如，我们想了解今天的天气，只能是客户端向服务器发出请求，服务器返回查询结果。HTTP 协议做不到服务器主动向客户端推送信息的， 这种单向请求的特点，注定了如果服务器有连续的状态变化，客户端要获知就非常麻烦，客户端只能使用”轮询”的方式，即每隔一段时间，就发出一个请求，请求服务器有没有状态变化 。可见轮询的效率低，非常浪费资源。
在http1.1中，默认开启了一个叫Keep-alive的参数，官方的说法是可以用这个来作为长连接。你是否以为既然客户端与服务器保持了长连接，服务器就能主动给客户端推送消息呢？
关于Keep-alive的缺点
Keep-alive的确可以实现长连接，但是这个长连接是有问题的，本质上依然是客户端主动发起-服务端应答的模式，是没法做到服务端主动发送通知给客户端的。也就是说，在一个HTTP连接中，客户端可以发送多个Request，接收多个Response。但是请记住 Request = Response ， 在HTTP中永远是这样，一个request只能有一个response。而且这个response也是被动的，不能主动发起。放上一张图，图左为没开启Keep-alive，图右为开启了Keep-alive，可以看出依然是一问一答的模式，向较左边只是省略了每次的关闭和打开操作。
需要注意的是Keep-alive是指不需要多次建立连接，而非http2.0里面的多路复用，多路复用的意思是客户端可以同时向服务器端发送多个请求，服务器端也可以同时响应多个Response.
关于websocket
那么如果我们需要服务器状态变化的时候能够主动通知客户端，我们有没有什么办法呢？这就要用到websocket。
上图对比可以看出，相对于传统 HTTP每次请求-应答都需要客户端与服务端建立连接的模式，WebSocket是类似 Socket 的 TCP 长连接的通讯模式，一旦 WebSocket 连接建立后，后续数据都以帧序列的形式传输。在客户端断开 WebSocket 连接或 Server 端断掉连接前，不需要客户端和服务端重新发起连接请求。在海量并发及客户端与服务器交互负载流量大的情况下，极大的节省了网络带宽资源的消耗，有明显的性能优势，且客户端发送和接受消息是在同一个持久连接上发起，实时性优势明显。
WebSocket API 是 HTML5 标准的一部分， 但这并不代表 WebSocket 一定要用在 HTML 中，或者只能在基于浏览器的应用程序中使用。
在WebSocket中，只需要服务器和浏览器通过TCP协议进行一个握手的动作，然后单独建立一条TCP的通信通道进行数据的传送。WebSocket同HTTP一样也是应用层的协议，但是它是一种双向通信协议，是建立在TCP之上的。websocket的流程大概是以下几步：
1、浏览器、服务器建立TCP连接，三次握手。这是通信的基础，传输控制层，若失败后续都不执行。2、TCP连接成功后，浏览器通过HTTP协议向服务器传送WebSocket支持的版本号等信息。（开始前的HTTP握手） 3、服务器收到客户端的握手请求后，同样采用HTTP协议回馈数据。4、当收到了连接成功的消息后，通过TCP通道进行传输通信。
也就是说WebSocket在建立握手时，数据是通过HTTP传输的。但是建立之后，在真正传输时候是不需要TCP协议的。
看看一次websocket的握手请求与应答的报文
WebSocket 客户端连接报文
GET /webfin/websocket/ HTTP/1.1 Host: localhost Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Key: xqBt3ImNzJbYqRINxEFlkg== Origin: http://localhost :8080 Sec-WebSocket-Version: 13
可以看到，客户端发起的 WebSocket 连接报文类似传统 HTTP 报文，”Upgrade：websocket”参数值表明这是 WebSocket 类型请求，“Sec-WebSocket-Key”是 WebSocket 客户端发送的一个 base64 编码的密文，要求服务端必须返回一个对应加密的“Sec-WebSocket-Accept”应答，否则客户端会抛出“Error during WebSocket handshake”错误，并关闭连接。
服务端收到报文后返回的数据格式类似：
WebSocket 服务端响应报文
“Sec-WebSocket-Accept”的值是服务端采用与客户端一致的密钥计算出来后返回客户端的,“HTTP/1.1 101 Switching Protocols”表示服务端接受 WebSocket 协议的客户端连接，经过这样的请求-响应处理后，客户端服务端的 WebSocket 连接握手成功, 后续就可以进行 TCP 通讯了。
WebSocket与Socket的关系
Socket其实并不是一个协议，而是为了方便使用TCP或UDP而抽象出来的一层，是位于应用层和传输控制层之间的一组接口。
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。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。
当两台主机通信时，必须通过Socket连接，Socket则利用TCP/IP协议建立TCP连接。TCP连接则更依靠于底层的IP协议，IP协议的连接则依赖于链路层等更低层次。
WebSocket则是一个典型的应用层协议。
WebSocket 与 HTTP
WebSocket 协议在2008年诞生，2011年成为国际标准。现在所有浏览器都已经支持了。WebSocket 的最大特点就是，服务器可以主动向客户端推送信息，客户端也可以主动向服务器发送信息，是真正的双向平等对话。
HTTP 有 1.1 和 1.0 之说，也就是所谓的 keep-alive ，把多个 HTTP 请求合并为一个，但是 Websocket 其实是一个新协议，跟 HTTP 协议基本没有关系，只是为了兼容现有浏览器，所以在握手阶段使用了 HTTP 。
下面一张图说明了 HTTP 与 WebSocket 的主要区别：
WebSocket 的其他特点：
建立在 TCP 协议之上，服务器端的实现比较容易。
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。
数据格式比较轻量，性能开销小，通信高效。
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。
协议标识符是ws（如果加密，则为wss），服务器网址就是 URL。
WebSocket原理及如何实现长连接
websocket相当于HTTP的一个补充协议，通过http request建立连接，不需要再发送request，之后保持一端与另外一端的TCP连接。
在实际应用中，一个socket与另外一端的连接可能会经过千山万水（多个路由、多个中间服务器），中间有各种转发、过滤。
所以后来更新了，添加了Ping/Pong Frame（RFC 6455 - The WebSocket Protocol），可以说这是一个特殊的数据包，
这个数据包只有简单的一些的元数据，不涉及数据传输。维持连接的活跃性与持久性。
参考文献
httpss://zh.wikipedia.org/wiki/WebSocket
httpss://www.oschina.net/translate/9-killer-uses-for-websockets
httpss://vue3js.cn/interview
httpss://www.cnblogs.com/Javi/p/9303020.html
httpss//blog.csdn.net/qq_35447305/article/details/52966105