八问WebSocket协议：为你快速解答WebSocket热门疑问
89590599 2019-07-01
一、引言
WebSocket是一种比较新的协议，它是伴随着html5规范而生的，虽然还比较年轻，但大多主流浏览器都已经支持。它使用方面、应用广泛，已经渗透到前后端开发的各种场景中。
对http一问一答中二式流程（就是从所周之的“长轮询”技要啦）的不满，催生了支持双向通信的WebSocket诞生。WebSocket是个不太干净协议。
本文将从8个常见的疑问入手，为还不了解WebSocket协议的开发者快速普及相关知识，从而节省您学习WebSocket的时间。
另外，如果您对Web端的即时通讯技术还完全不了解，那么《新手入门贴：详解Web端即时通讯技术的原理》、《Web端即时通讯技术盘点：短轮询、Comet、Websocket、SSE》这两篇文章请您务必抽时间读一读。
学习交流：
- 即时通讯/推送技术开发交流4群：101279154[推荐]
- 移动端IM开发入门文章：《新手入门一篇就够：从零开发移动端IM》
（本文同步发布于：http://www.52im.net/thread-24...）
二、参考文章
《WebSocket详解（一）：初步认识WebSocket技术》
《WebSocket详解（二）：技术原理、代码演示和应用案例》
《WebSocket详解（三）：深入WebSocket通信协议细节》
《WebSocket详解（四）：刨根问底HTTP与WebSocket的关系(上篇)》
《WebSocket详解（五）：刨根问底HTTP与WebSocket的关系(下篇)》
《WebSocket详解（六）：刨根问底WebSocket与Socket的关系》
《理论联系实际：从零理解WebSocket的通信原理、协议格式、安全性》
三、更多资料
Web端即时通讯新手入门贴：
《新手入门贴：详解Web端即时通讯技术的原理》
Web端即时通讯技术盘点请参见：
《Web端即时通讯技术盘点：短轮询、Comet、Websocket、SSE》
关于Ajax短轮询：
找这方面的资料没什么意义，除非忽悠客户，否则请考虑其它3种方案即可。
有关Comet技术的详细介绍请参见：
《Comet技术详解：基于HTTP长连接的Web端实时通信技术》
《WEB端即时通讯：HTTP长连接、长轮询（long polling）详解》
《WEB端即时通讯：不用WebSocket也一样能搞定消息的即时性》
《开源Comet服务器iComet：支持百万并发的Web端即时通讯方案》
更多WebSocket的详细介绍请参见：
《新手快速入门：WebSocket简明教程》
《Socket.IO介绍：支持WebSocket、用于WEB端的即时通讯的框架》
《socket.io和websocket 之间是什么关系？有什么区别？》
有关SSE的详细介绍文章请参见：
《SSE技术详解：一种全新的HTML5服务器推送事件技术》
更多WEB端即时通讯文章请见：
http://www.52im.net/forum.php...
四、1问WebSocket：WebSocket协议只能浏览器发起么？
不是。目前此协议的受众的也不仅仅是web开发者。
WebSocket只是一种协议，它和http协议一样，使用类似okhttp的组件，可以在任何地方进行调用，甚至可以借助WebSocket实现RPC框架。
五、2问WebSocket：WebSocket和HTTP什么关系？
WebSocket和http一样，都是处于OSI模型中的最高层：应用层。
WebSocket借助http协议进行握手，握手成功后，就会变身为TCP通道，从此与http不再相见。
使用netstat或者ss，能够看到对应的连接，它与处于抽象层的socket，在外观上没有区别。
更多WebSocket和HTTP的关系，以及与Socket的区别，可进一步阅读以下文章：
《WebSocket详解（四）：刨根问底HTTP与WebSocket的关系(上篇)》
《WebSocket详解（五）：刨根问底HTTP与WebSocket的关系(下篇)》
《WebSocket详解（六）：刨根问底WebSocket与Socket的关系》
六、3问WebSocket：WebSocket和长轮询有什么区别？
长轮询，就是客户端发送一个请求，服务端将一直在这个连接上等待（当然有一个超长的超时时间），直到有数据才返回，它依然是一个一问一答的模式。比如著名的comted。
WebSocket在握手成功后，就是全双工的TCP通道，数据可以主动从服务端发送到客户端，处于链接两端的应用没有任何区别。
WebSocket创建的连接和Http的长连接是不一样的。由于Http长连接底层依然是Http协议，所以它还是一问一答，只是Hold住了一条命长点的连接而已。
长轮询和Http长连接是阻塞的I/O，但WebSocket可以是非阻塞的（具体是多路复用）。
这方面更深入的资料，请进一步学习：
《Comet技术详解：基于HTTP长连接的Web端实时通信技术》
《WEB端即时通讯：HTTP长连接、长轮询（long polling）详解》
七、4问WebSocket：如何创建一个WebSocket连接？
WebSocket的连接创建是借助Http协议进行的。这样设计主要是考虑兼容性，在浏览器中就可以很方便的发起请求，看起来比较具有迷惑性。
下图是一个典型的由浏览器发起的ws请求，可以看到和http请求长的是非常相似的。
但是，它只是请求阶段长得像而已：
请求的地址，一般是：ws://***，或者是使用了SSL/TLS加密的安全协议wss:，用来标识是WebSocket请求。
1）首先，通过Http头里面的Upgrade域，请求进行协议转换。如果服务端支持的话，就可以切换到WebSocket协议。简单点讲：连接已经在那了，通过握手切换成ws协议，就是切换了连接的一个状态而已。
2）Connection域可以认为是与Upgrade域配对的头信息。像nginx等代理服务器，是要先处理Connection，然后再发起协议转换的。
3）Sec-WebSocket-Key 是随机的字符串，服务器端会用这些数据来构造出一个 SHA-1 的信息摘要。如此操作，可以尽量避免普通 HTTP 请求被误认为 WebSocket 协议。
其他的，像Sec-WebSocket*字样的头信息，表明了客户端支持的子协议以及其他信息。像loT中很流行的mqtt，就可以作为WebSocket的子协议。
使用javascript，可以很容易连接一个WebSocket服务端：
<script>
varws = newWebSocket('ws://localhost:80');
ws.onopen = function() {
console.log('ws onopen'); ws.send('from client: hello');};
ws.onmessage = function(e) {
console.log('ws onmessage'); console.log('from server: '+ e.data);};
...
</script>
更详细的资料，请阅读：《WebSocket详解（三）：深入WebSocket通信协议细节》。
八、5问WebSocket：WebSocket如何处理数据？
WebSocket是通过事件通知的方式运行的。它包含四个事件和两个动作（发送和关闭）。
WebSocket的事件：
数据可直接通过Socket.send()方法进行传输。
通过chrome的Inspect->Network->WS，可以看到页面上的WebSocket连接。
如图Opcode为2，表明它是一个二进制帧：
WebSocket有类似tcp协议的帧格式，在此不做过多解释。（可以详细阅读：《理论联系实际：从零理解WebSocket的通信原理、协议格式、安全性》）
参考：https://tools.ietf.org/html/r...。
九、6问WebSocket：如何使用Nginx做WebSocket的负载均衡？
nginx官网已经给出了例子。主要是Upgrade和Connection头的设置。
Nginx的中的配置如下：
map $http_upgrade $connection_upgrade {
default upgrade; ''close;}
location /chat/{
proxy_pass http://backend; proxy_http_version 1.1; proxy_set_header Upgrade $http_upgrade; proxy_set_header Connection $connection_upgrade;}
需要注意的是，nginx做负载均衡，不需要配置ip_hash等参数，nginx天然支持。由于ip_hash仅使用ip地址的前三个数字做hash，还有可能造成服务端的不均衡。
特别注意：
在IM聊天系统场景下，Nginx提供给WebSocket的这种所谓的“负载均衡”，只能解决传统分布系统中的SLB服务器要做的事。通俗地说，Nginx只能帮助完成引导WebSocket客户连接到哪一个WebSocket服务端实例，在IM集群情况下，如果两个用户处于不同的WebSocket实例下时，它们之间的跨实例通信，Nginx是没有办法实现的，这一块的逻辑还是得IM开发者自已来实现。
总而言之，Nginx提供给WebSocket的所谓“负载均衡”，并不是IM开发者认为的那种全功能集群！
十、7问WebSocket：Java服务端怎么实现WebSocket？
可以使用javax.WebSocket下的包，简单的实现ws服务端。目前基本可以通过注解的方式去编写代码，比如ServerEndpoint。
推荐使用基于netty的netty-socketio进行服务端的编写。由于使用的是netty，所以能够在多个层面进行切入，获取一些统计数据，执行一些控制指令。socketio是一套解决方案，它有多个语言的客户端，并处理了市面上大多数的兼容问题。
友情忠告：socket.io几乎是市面上最好的开源WebSocket解决方案，但netty-socketio这个开源工程并非socket.io官方团队维护，而对于socket.io这个版本帝来说，其他的非官方版本能不能即时跟进，也是一个需要考虑的风险因素。
十一、8问WebSocket：WebSocket能干些啥？
1）通知功能：
保持一个长连接，当服务端游新的消息，能够实时的推送到使用方。像知乎的点赞通知、评论等，都可以使用WebSocket通信。
某些使用H5的客户端，为了简化开发，也会使用WebSocket进行消息的通知，由于它是实时推送的，会有更好的用户体验。
2）数据收集：
一些次优级别的数据，比如行为日志、trace、异常执栈收集等，都可以开辟专门的WebSocket通道进行传输。这能够增加信息的集中度，并能及时的针对用户的行为进行合适的配置推送。由于大多数浏览器内核都支持，它将使客户端APM编程模型变得简单。
3）加密 && 认证：
虽然使用Fiddler、Charles等能够抓到很多WebSocket包。但如果同时开启SSL，传输加密后的二进制数据，会大幅增加破解的成本，会安全的多。
4）反向控制钩子：
这个...由于是双工长连接，服务端完全可以推送一些钩子命令，甚至直接是代码，在客户端进行执行。比如截个屏，录个音，种个小马。用户只要通过了授权申请，剩下的就随你发挥了。
支付宝偷偷调用你的相机给你拍照的梗，我是相信的。
十二：本文小结
想当年，cometd的出现，惊为天人，振奋了很久。但技术日新月异，cometd已经衰老，而Socket.io得到了快速发展。WebSocket经过一段时间的混沌期，规范已经越来越完善，使用也越来越方便，不需要再处理那么多的兼容。
但它的本质，还是新瓶装旧酒，换汤不换药。WebSocket的发展得益于HTML5规范的制定。规范的意义，就是约束厂商们天马行空的实现，以及指明发展的方向。
这当然有典型的反例，那就是ie。现在，只有一群公认的**，还坚持在用。
附录：更多WEB端即时通讯资料
《新手入门贴：史上最全Web端即时通讯技术原理详解》
《Web端即时通讯技术盘点：短轮询、Comet、Websocket、SSE》
《SSE技术详解：一种全新的HTML5服务器推送事件技术》
《Comet技术详解：基于HTTP长连接的Web端实时通信技术》
《新手快速入门：WebSocket简明教程》
《WebSocket详解（一）：初步认识WebSocket技术》
《WebSocket详解（二）：技术原理、代码演示和应用案例》
《WebSocket详解（三）：深入WebSocket通信协议细节》
《WebSocket详解（四）：刨根问底HTTP与WebSocket的关系(上篇)》
《WebSocket详解（五）：刨根问底HTTP与WebSocket的关系(下篇)》
《WebSocket详解（六）：刨根问底WebSocket与Socket的关系》
《socket.io实现消息推送的一点实践及思路》
《LinkedIn的Web端即时通讯实践：实现单机几十万条长连接》
《Web端即时通讯技术的发展与WebSocket、Socket.io的技术实践》
《Web端即时通讯安全：跨站点WebSocket劫持漏洞详解(含示例代码)》
《开源框架Pomelo实践：搭建Web端高性能分布式IM聊天服务器》
《使用WebSocket和SSE技术实现Web端消息推送》
《详解Web端通信方式的演进：从Ajax、JSONP 到 SSE、Websocket》
《MobileIMSDK-Web的网络层框架为何使用的是Socket.io而不是Netty？》
《理论联系实际：从零理解WebSocket的通信原理、协议格式、安全性》
《微信小程序中如何使用WebSocket实现长连接(含完整源码)》
《八问WebSocket协议：为你快速解答WebSocket热门疑问》
（本文同步发布于：http://www.52im.net/thread-24...）
