Websocket技术详细介绍

WebSocket 技术概述

定义：
WebSocket 是一种基于 TCP 的全双工通信协议，允许客户端和服务器之间建立持久连接，实现实时双向数据传输。
目的：
解决 HTTP 轮询（如 AJAX）效率低、实时性差的问题。
核心特点：
全双工：客户端和服务器可同时发送和接收数据。
持久连接：一次握手后保持连接。
轻量协议：头部开销小，效率高。

核心点

WebSocket 提供高效、实时的通信机制。

1. WebSocket 原理

(1) 协议基础

基于 TCP：
在 TCP 上运行，与 HTTP 同属应用层。
URL 格式：
ws://example.com（非加密）。
wss://example.com（加密，基于 TLS）。
协议标识：
RFC 6455（2011），HTTP/1.1 的扩展。

(2) 连接建立

握手过程：
客户端发起请求：
- 通过 HTTP 发送 Upgrade 请求。

GET /chat HTTP/1.1
Host: example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Sec-WebSocket-Version: 13

服务器响应：
- 返回 101 状态码，确认切换协议。

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=

连接成功：
- 建立 WebSocket 通道，之后不再用 HTTP。
关键头：
Sec-WebSocket-Key：客户端生成随机密钥。
Sec-WebSocket-Accept：服务器计算响应密钥。

(3) 数据传输

帧格式：
数据分帧传输，包含：
- Opcode：数据类型（文本 0x1、二进制 0x2 等）。
- Payload：实际数据。
- Mask：客户端发数据需掩码，服务器无需。
特点：
小头部（2-14 字节），比 HTTP 轻量。
示例：
客户端发送：Hello。
服务器回复：Hi。

(4) 连接关闭

方式：
发送关闭帧（Opcode 0x8）。
状态码（如 1000 表示正常关闭）。
示例：

ws.close(1000, "Normal closure");

2. WebSocket 特点

(1) 全双工通信

客户端和服务器可同时收发消息。
对比 HTTP：请求-响应单向。

(2) 持久连接

一次握手后保持连接，避免反复建立。
对比 HTTP：每次请求新建连接（HTTP/1.1 有 Keep-Alive 但仍有限）。

(3) 低开销

头部小（2 字节起），适合频繁通信。
HTTP 头部几十字节甚至更多。

(4) 跨域支持

支持 CORS，需服务器允许。

(5) 实时性

无轮询延迟，数据即时推送。

3. 与 HTTP 对比

特性	HTTP	WebSocket
连接	短连接/Keep-Alive	持久连接
通信	单向（请求-响应）	全双工
头部	较大	较小
实时性	需轮询实现	原生支持
协议	HTTP/1.1, 2	WS/WSS

4. WebSocket API（客户端）

JavaScript 示例：

// 创建连接
const ws = new WebSocket("ws://example.com/chat");

// 连接成功
ws.onopen = () => console.log("Connected");

// 接收消息
ws.onmessage = (event) => console.log("Received:", event.data);

// 发送消息
ws.send("Hello Server");

// 连接关闭
ws.onclose = () => console.log("Disconnected");

// 错误处理
ws.onerror = (error) => console.error("Error:", error);

5. 服务端实现

框架支持：
Java：Spring WebSocket、Netty。
Node.js：ws 库。
示例（Spring）：

@ServerEndpoint("/chat")
public class ChatEndpoint {
    @OnMessage
    public void onMessage(String message, Session session) {
        session.getBasicRemote().sendText("Echo: " + message);
    }
}

6. 应用场景

实时通信：
聊天应用（如 WhatsApp）。
数据推送：
股票价格更新。
协作工具：
在线文档编辑（Google Docs）。
游戏：
多人在线游戏。

7. 优缺点

优点

实时性高，延迟低。
双向通信，适合动态交互。
节省带宽，减少轮询。

缺点

服务器需维持长连接，内存压力大。
不支持 HTTP 缓存。
兼容性问题（老浏览器需降级）。

8. 延伸与面试角度

与 SSE（Server-Sent Events）：
WebSocket：双向。
SSE：单向推送，基于 HTTP。
心跳机制：
定时发送 PING/PONG 检测连接。
面试点：
问“原理”时，提握手和帧。
问“场景”时，提聊天和推送。

总结

WebSocket 通过 HTTP 握手建立 TCP 持久连接，提供全双工、低开销的实时通信，广泛用于聊天、推送等场景。面试时，可提握手过程或写简单代码，展示理解深度。