有了 HTTP 协议，为什么还需要 Websocket？

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）：

​​Server-Sent Events 教程 - 阮一峰的网络日志​​

SPDY （读作“SPeeDY”）：已不再维护，由 HTTP/2 取代

​​SPDY_百度百科​​   

WebRTC

​​WebRTC_百度百科​​   

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

接下来，我们来看 Websocket 服务端与客户端实现。

Websocket 服务端与客户端实现

经过前面对通信过程的梳理，我们将 WebSocket 通信的基本机制已经说的差不多了，为了方便你快速进入实战阶段，我们暂时放弃纯手写实现，直接选择使用老牌的 WebSocket 库:  WebSocket-Node​​https://github.com/theturtle32/WebSocket-Node​​  

简单介绍一下 WebSocket-Node，它有多老牌呢？

NPM 的包名字就是直接使用的 “WebSocket”。曾经，我们西岭老湿看到之后就给出了两个字的评价：“猖狂”。

这个库完全使用 JavaScript 实现，包含了客户端及服务端的实例。其中，客户端包含了 Node 和 浏览器 两个运行环境的代码，除了支持我们前面提到的 Websocket 协议的 13 版本，它同时还支持 Websocket 协议 8 这个老版本，实属优秀。

接下来，我们就来看看，如何借助 Websocket-Node 实现一个 Websocket 服务。

服务端

安装 npm install websocket 后，创建服务器运行文件 ws-server.js ，代码如下，请认真阅读代码及注释：

// === 作为帅哥，一定要加注释 ===var Websocket = require('websocket').servervar http = require('http')
// 创建 HTTP 服务，作为第一次握手链接使用var httpServer = http.createServer().listen(8080,function(){  console.log('http://127.0.0.1:8080')})
// 创建 websocket 服务实力var wsServer = new Websocket({  // 配置依赖的握手 http 服务器  httpServer:httpServer,
  autoAcceptConnections:false})
// 保存链接池var conArr = []
// 监听 ws 请求事件wsServer.on('request',function(request){  // 获取链接示例  var connection = request.accept()  // 保存连接池  conArr.push(connection)  // 监听消息事件  connection.on('message',function(msg){    console.log(msg)    // 循环连接池，推送广播消息至客户端    for(let i = 0;i<conArr.length;i++){      conArr[i].send(msg.utf8Data)    }  })})
// 据说，长得好看的都会看注释

过多的描述，就不写了，据说，长得好看的都会看代码注释(●'◡'●)

运行代码文件后，不出意外的情况下，命令行进程会被占用，监听端口也会被占用，证明服务端运行成功。如果两个都没被占用，想啥呢？失败了呀宝子……

如果服务器启动成功，我怎么用客户端建立链接查看呢？有一款 Websocket 客户端工具叫 WebsocketMan，如果感兴趣，你可以下载来试试。

但是像我这样的帅哥，一般都是自己写客户端：）

客户端

Websocket 的客户端并没有什么技术难点，就是浏览器 API 调用。只要你把通信机制够清楚，这玩意就没有不会，因为非常简单，我们直接选择纯手写就可以了，如果你想使用 Websocket-Node 客户端，确实还会更简单。

当然，在写之前，还是要去看看手册的，要不然你怎么知道有哪些 API 呢？

来，手册地址给你：​​https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/WebSocket  ​​ 

你先看着，我就不客气，直接开干……

<body>  <div id="msg"></div>  <input type="text" id="text">  <input type="button" value="发送" onclick="send()">
  <script>    //调用websocket对象建立连接：    //参数：ws/wss(加密)://ip:port （字符串）    var websocket = new WebSocket('ws://127.0.0.1:8080')    // console.log(websocket.readyState) // 0     // readyState     // 0 链接还没有建立（正在建立链接）    // 1 链接建立成    // 2 链接正在关闭    // 3 链接已经关闭
    // 监听链接开启事件    websocket.onopen = function () {      console.log(websocket.readyState)    }
    // 绑定按钮点击事件    function send() {      var text = document.getElementById('text').value      // ws 消息发送      websocket.send(text)    }
    // 监听服务端消息推送事件    websocket.onmessage = function (back) {      console.log(back.data)    }
    // 监听连接错误信息    // websocket.onerror = function (evt, e) {    //   console.log('Error occured: ' + evt.data);    // };
    //监听连接关闭    // websocket.onclose = function (evt) {    //   console.log("Disconnected");    // };</script>
</body>

过多的描述，就不写了，据说，长得好看的都会看代码注释(●'◡'●)

至此，一个完整的 websocket 通信已经建立完成并能够进行双向通信了。

Websocket-Node 确实很好用，但是功能也确实比较单一了，需要你对 WebSocket 机制有一定的理解之后，才能实现相应的能力。如果，我对 websocket  完全不懂，但又想搞个聊天室，能不能行？

指！定！能！行！

Socket.IO

一个目前最为强大且好用的，基本屏蔽了 websocket 概念的 websocket 库。你几乎不用掌握 websocket 相关的知识，只需要按照 Socket.IO 中提供的 API 就能够很好的实现一个 websocket 通信。

注意：程序员要“除机心”。

• 在不了解 Websocket 时，学习 Websocket 中，强烈不建议使用。
• 在生产环境下，强烈建议使用。

服务端

const { createServer } = require("http");const { Server } = require("socket.io");
const httpServer = createServer();const io = new Server(httpServer, {  cors: {    origin: "*",    methods: ["GET", "POST"]  }});
io.on("connection", (socket) => {  socket.on('sendMsg',(data)=>{    io.emit('pushMsg',data)  })});
httpServer.listen(3000, function () {  console.log('http://127.0.0.1:3000')});

客户端

<!DOCTYPE html><html lang="en">
<head>  <meta charset="UTF-8">  <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">  <title>Document</title>  <script src="https://cdn.socket.io/4.2.0/socket.io.min.js"    integrity="sha384-PiBR5S00EtOj2Lto9Uu81cmoyZqR57XcOna1oAuVuIEjzj0wpqDVfD0JA9eXlRsj"    crossorigin="anonymous"></script></head>
<body>  <input type="text" id="text">  <input type="button" value="发送" onclick="send()">
  <script>    var socket = io.connect('http://127.0.0.1:3000')    function send() {      var text = document.getElementById('text').value      socket.emit('sendMsg', text)    }
    socket.on('pushMsg', (data) => {      console.log(data)    })</script>
</body>
</html>

没什么可解释的，就直接按照 Socket.IO 的 API 写就完事了。

吾闻之吾师，有机械者必有机事，有机事者必有机心。机心存於胸中,则纯白不备。

-- 《庄子·天地》

参考资料：

《HTML5  WebSocket权威指南》 机械工业出版社  2014 年 3 月第 1 版

​​WebSocket 教程 - 阮一峰的网络日志​​

​​WebSocket 与 Socket.IO - 知乎​​

​​WebSocket - Web API 接口参考 | MDN​​

库：

​​Introduction | Socket.IO​​

​​https://github.com/theturtle32/WebSocket-Node​​