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WebSocket及时通讯介绍

focusTech 2021-03-30 09:31 原文

即时通讯（Instant Messaging）是一种基于互联网的即时交流消息的业务。

简介

类型：
在线push

  • 适用：web页面 和 App
  • 自己构建IM服务器
    使用WebSocket
  • 采用成熟的框架方案Socket.IO
  • 对于App还可自己封装socket
  • 使用第三方IM服务商提供的服务

离线push

  • 适用：App
  • 对于iOS，使用APNs
  • 对于andorid，使用FCM（国外）或第三方IM服务商提供的服务

提供第三方IM服务的服务商有：

  • 网易云信
  • 融云
  • 环信
  • LeanCloud

需求场景

  • 服务端需要主动推送消息给客户端，例如用户下了订单，需要在运营管理后台向运营人员推送新订单通知，用户A关注了用户B，系统需要向用户B推送提示消息
  • 即时聊天

传统的推送实现
HTTP/1.x 不支持服务器主动推送，只能在客户端发起请求后做出回应。 （HTTP/2支持服务器主动推送，但HTTP/2 还未全面实施）

1、轮询
轮询是在特定的的时间间隔（如每1秒），由客户端对服务器发出HTTP请求，了解服务器有没有新的信息，然后由服务器告知有无新数据或返回最新的数据给客户端。

缺点：

  • 效率低下，浪费资源，必须不停连接，或者连接始终打开，但传输HTTP请求，然而HTTP请求可能包含较长的头部，其中真正有效的数据可能只是很小的一部分，显然这样会浪费很多的带宽等资源。

2、Comet （基于长连接）
长轮询 长轮询是在打开一条连接以后保持，等待服务器推送来数据再关闭的方式。
iframe流 iframe流方式是在页面中插入一个隐藏的iframe，利用其src属性在服务器和客户端之间创建一条长链接，服务器向iframe传输数据（通常是HTML，内有负责插入信息的javascript），来实时更新页面。

缺点：

  • 依然需要反复发出请求，而且长连接也会消耗服务器资源。

WebSocket

WebSocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议。在WebSocket API中，浏览器和服务器只需要完成一次握手（不是指建立TCP连接的那个三次握手，是指在建立TCP连接后传输一次握手数据），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。


Websocket使用ws或wss的统一资源标志符，类似于HTTPS，其中wss表示在TLS之上的Websocket。如：

ws://example.com/wsapi
wss://secure.example.com/

Websocket使用和 HTTP 相同的 TCP 端口，可以绕过大多数防火墙的限制。默认情况下，Websocket协议使用80端口；运行在TLS之上时，默认使用443端口。

握手协议
WebSocket是独立的、创建在 TCP 上的协议。 报文

Websocket 通过 HTTP/1.1 协议的101状态码进行握手。
为了创建Websocket连接，需要通过浏览器发出请求，之后服务器进行回应，这个过程通常称为“握手”（handshaking）。

一个典型的Websocket握手请求如下：

客户端请求

GET / HTTP/1.1
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Host: example.com
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Key: sN9cRrP/n9NdMgdcy2VJFQ==
Sec-WebSocket-Version: 13

服务器回应

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: fFBooB7FAkLlXgRSz0BT3v4hq5s=
Sec-WebSocket-Location: ws://example.com/
  • Connection必须设置Upgrade，表示客户端希望连接升级。
  • Upgrade字段必须设置Websocket，表示希望升级到Websocket协议。
  • 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。把“Sec-WebSocket-Key”加上一个特殊字符串“258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11”，然后计算SHA-1摘要，之后进行BASE-64编码，将结果做为“Sec-WebSocket-Accept”头的值，返回给客户端。如此操作，可以尽量避免普通HTTP请求被误认为Websocket协议。
  • Sec-WebSocket-Version 表示支持的Websocket版本。RFC6455要求使用的版本是13，之前草案的版本均应当弃用。
  • Origin字段是可选的，通常用来表示在浏览器中发起此Websocket连接所在的页面，类似于Referer。但是，与Referer不同的是，Origin只包含了协议和主机名称。
    其他一些定义在HTTP协议中的字段，如Cookie等，也可以在Websocket中使用。

优点

  • 较少的控制开销。在连接创建后，服务器和客户端之间交换数据时，用于协议控制的数据包头部相对较小。在不包含扩展的情况下，对于服务器到客户端的内容，此头部大小只有2至10字节（和数据包长度有关）；对于客户端到服务器的内容，此头部还需要加上额外的4字节的掩码。相对于HTTP请求每次都要携带完整的头部，此项开销显著减少了。
  • 更强的实时性。由于协议是全双工的，所以服务器可以随时主动给客户端下发数据。相对于HTTP请求需要等待客户端发起请求服务端才能响应，延迟明显更少；即使是和Comet等类似的长轮询比较，其也能在短时间内更多次地传递数据。
  • 保持连接状态。与HTTP不同的是，Websocket需要先创建连接，这就使得其成为一种有状态的协议，之后通信时可以省略部分状态信息。而HTTP请求可能需要在每个请求都携带状态信息（如身份认证等）。 更好的二进制支持。Websocket定义了二进制帧，相对HTTP，可以更轻松地处理二进制内容。
  • 可以支持扩展。Websocket定义了扩展，用户可以扩展协议、实现部分自定义的子协议。如部分浏览器支持压缩等。
  • 更好的压缩效果。相对于HTTP压缩，Websocket在适当的扩展支持下，可以沿用之前内容的上下文，在传递类似的数据时，可以显著地提高压缩率。
  • 没有同源限制，客户端可以与任意服务器通信。
  • 可以发送文本，也可以发送二进制数据。

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