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2023年12月23日发(作者：restful可以帮助我们干什么)
websocket实现原理
一、概述
WebSocket是HTML5提出的一种新的协议，它可以实现浏览器与服务器之间的全双工通信，相较于传统的HTTP请求-响应模式，WebSocket更加高效、快捷、实时。本文将详细介绍WebSocket实现原理。
二、HTTP请求-响应模式的缺陷
在传统的HTTP请求-响应模式中，客户端向服务器发送请求后，服务器会立即返回响应结果。这种方式有以下缺陷：
1. 频繁建立和断开连接：每次请求都需要建立一次连接，完成后再断开连接。这样会导致频繁地进行TCP三次握手和四次挥手操作，增加了网络负担。
2. 延迟高：由于每次发送请求都需要重新建立连接，这样就会导致延迟比较高。
3. 无法实时更新数据：由于每次请求都是客户端向服务器发起的，因
此不能实现服务器向客户端主动推送数据。
三、WebSocket协议
为了解决传统HTTP协议存在的问题，HTML5提出了WebSocket协议。WebSocket是基于TCP协议实现的全双工通信协议，在建立连接后，客户端和服务器之间可以互相发送消息，并且不需要重新建立连接。
1. 握手过程
WebSocket协议的握手过程和HTTP协议类似，客户端向服务器发送一个握手请求，服务器收到请求后返回一个握手响应。
客户端发送的握手请求格式如下：
GET /chat HTTP/1.1
Host:
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Sec-WebSocket-Version: 13
其中，Upgrade和Connection字段指定了HTTP协议升级为WebSocket协议；Sec-WebSocket-Key字段是由客户端随机生成的一段字符串，用于验证服务器是否支持WebSocket协议；Sec-WebSocket-Version字段指定了使用的WebSocket版本号。
服务器收到握手请求后，需要对其进行验证，并返回一个握手响应。响应格式如下：
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
其中，Upgrade和Connection字段同样指定了HTTP协议升级为WebSocket协议；Sec-WebSocket-Accept字段是由服务器生成的一段字符串，用于验证客户端是否支持WebSocket协议。
2. 数据帧格式
在建立连接后，客户端和服务器之间可以互相发送消息。数据传输采用数据帧（Frame）格式，在传输过程中可以进行压缩、加密等操作。
数据帧包括以下几个部分：
1. FIN：1位，表示是否为最后一个数据帧。
2. RSV1、RSV2、RSV3：各占1位，保留字段。
3. Opcode：4位，表示数据帧的类型，包括以下几种：
- 0x0：表示继续帧。
- 0x1：表示文本帧。
- 0x2：表示二进制帧。
- 0x3-7：保留类型。
- 0x8：表示连接关闭帧。
- 0x9：表示ping帧。
- 0xA：表示pong帧。
- 0xB-F：保留类型。
4. Mask：1位，如果为1，则说明数据进行了掩码处理。掩码是一个4字节的随机数，用于对数据进行加密。
5. Payload length：7位或7+16位或7+64位，表示负载数据的长度。如果长度小于等于125，则只使用7位来表示；如果长度在126~65535之间，则使用16位来表示；如果长度大于65535，则使用64位来表示。
6. Masking-key（仅在Mask为1时出现）：4字节，用于对负载数据进行解密。
7. Payload data（仅在Mask为1时出现）：负载数据，在传输过程中会进行掩码处理和解码处理。
四、WebSocket实现原理
WebSocket实现原理可以分为以下几个步骤：
1. 建立连接
客户端向服务器发送握手请求，并等待服务器返回握手响应。服务器收到请求后进行验证，如果验证通过，则返回握手响应。
2. 发送数据
客户端和服务器之间可以互相发送数据帧。客户端发送数据时，需要将数据进行封装，并添加掩码。服务器收到数据后，需要对其进行解码，并去除掩码。
3. 关闭连接
客户端和服务器可以随时关闭连接。关闭连接时，需要发送一个关闭帧，并等待对方的响应。
五、总结
WebSocket协议是一种新的通信协议，它可以实现浏览器与服务器之间的全双工通信。WebSocket协议采用数据帧格式进行传输，在传输过程中可以进行压缩、加密等操作。WebSocket实现原理包括建立连接、发送数据和关闭连接三个步骤。通过使用WebSocket协议，可以提高通信效率、降低延迟，并且能够实现实时更新数据的功能。
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