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WebSocket原理介绍

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一,什么是websocket
    WebSocket是HTML5下一种新的协议(websocket协议本质上是一个基于tcp的协议)
    它实现了浏览器与服务器全双工通信,能更好的节省服务器资源和带宽并达到实时通讯的目的
    Websocket是一个持久化的协议

二,websocket的原理
    websocket约定了一个通信的规范,通过一个握手的机制,客户端和服务器之间能建立一个类似tcp的连接,从而方便它们之间的通信
    在websocket出现之前,web交互一般是基于http协议的短连接或者长连接
    websocket是一种全新的协议,不属于http无状态协议,协议名为"ws"

三,websocket与http的关系
image.png

相同点:
        都是基于tcp的,都是可靠性传输协议
        都是应用层协议

    不同点:
        WebSocket是双向通信协议,模拟Socket协议,可以双向发送或接受信息
        HTTP是单向的
        WebSocket是需要浏览器和服务器握手进行建立连接的
        而http是浏览器发起向服务器的连接,服务器预先并不知道这个连接

     联系:
        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HTTP协议的

    总结(总体过程):
        首先,客户端发起http请求,经过3次握手后,建立起TCP连接;http请求里存放WebSocket支持的版本号等信息,如:Upgrade、Connection、WebSocket-Version等;
        然后,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;
        最后,客户端收到连接成功的消息后,开始借助于TCP传输信道进行全双工通信。


  四,websocket解决的问题
1.http存在的问题
    http是一种无状态协议,每当一次会话完成后,服务端都不知道下一次的客户端是谁,需要每次知道对方是谁,才进行相应的响应,因此本身对于实时通讯就是一种极大的障碍
    http协议采用一次请求,一次响应,每次请求和响应就携带有大量的header头,对于实时通讯来说,解析请求头也是需要一定的时间,因此,效率也更低下
    最重要的是,需要客户端主动发,服务端被动发,也就是一次请求,一次响应,不能实现主动发送

2.long poll(长轮询)
    对于以上情况就出现了http解决的第一个方法——长轮询
    基于http的特性,简单点说,就是客户端发起长轮询,如果服务端的数据没有发生变更,会 hold 住请求,直到服务端的数据发生变化,或者等待一定时间超时才会返回。返回后,客户端又会立即再次发起下一次长轮询
    优点是解决了http不能实时更新的弊端,因为这个时间很短,发起请求即处理请求返回响应,实现了“伪·长连接”
    张三取快递的例子,张三今天一定要取到快递,他就一直站在快递点,等待快递一到,立马取走
     从例子上来看有个问题:
        假如有好多人一起在快递站等快递,那么这个地方是否足够大,(抽象解释:需要有很高的并发,同时有很多请求等待在这里)

    总的来看:
    推送延迟。服务端数据发生变更后,长轮询结束,立刻返回响应给客户端。
    服务端压力。长轮询的间隔期一般很长,例如 30s、60s,并且服务端 hold 住连接不会消耗太多服务端资源。

3.Ajax轮询
    基于http的特性,简单点说,就是规定每隔一段时间就由客户端发起一次请求,查询有没有新消息,如果有,就返回,如果没有等待相同的时间间隔再次询问
    优点是解决了http不能实时更新的弊端,因为这个时间很短,发起请求即处理请求返回响应,把这个过程放大n倍,本质上还是request = response
    举个形象的例子(假设张三今天有个快递快到了,但是张三忍耐不住,就每隔十分钟给快递员或者快递站打电话,询问快递到了没,每次快递员就说还没到,等到下午张三的快递到了,but,快递员不知道哪个电话是张三的,(可不是只有张三打电话,还有李四,王五),所以只能等张三打电话,才能通知他,你的快递到了)

     从例子上来看有两个问题:
        假如说,张三打电话的时间间隔为10分钟,当他收到快递前最后一次打电话,快递员说没到,他刚挂掉电话,快递入库了(就是到了),那么等下一次时间到了,张三打电话知道快递到了,那么这样的通讯算不算实时通讯?很显然,不算,中间有十分钟的时间差,还不算给快递员打电话的等待时间(抽象的解释:每次request的请求时间间隔等同于十分钟,请求解析相当于等待)
        假如说张三所在的小区每天要收很多快递,每个人都采取主动给快递员打电话的方式,那么快递员需要以多快的速度接到,其他人打电话占线也是问题(抽象解释:请求过多,服务端响应也会变慢)

    总的来看,Ajax轮询存在的问题:
    推送延迟。
    服务端压力。配置一般不会发生变化,频繁的轮询会给服务端造成很大的压力。
    推送延迟和服务端压力无法中和。降低轮询的间隔,延迟降低,压力增加;增加轮询的间隔,压力降低,延迟增高

4.websocket的改进
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端中断连接前,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,实现了“真·长链接”,实时性优势明显。

image.png
WebSocket有以下特点:
    是真正的全双工方式,建立连接后客户端与服务器端是完全平等的,可以互相主动请求。而HTTP长连接基于HTTP,是传统的客户端对服务器发起请求的模式。
    HTTP长连接中,每次数据交换除了真正的数据部分外,服务器和客户端还要大量交换HTTP header,信息交换效率很低。Websocket协议通过第一个request建立了TCP连接之后,之后交换的数据都不需要发送 HTTP header就能交换数据,这显然和原有的HTTP协议有区别所以它需要对服务器和客户端都进行升级才能实现(主流浏览器都已支持HTML5)

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