WebSocket 是什么？

WebSocket 是一种网络通信协议。RFC6455 定义了它的通信标准。

WebSocket 是 HTML5 开始提供的一种在单个 TCP 连接上进行全双工通讯的协议。

在 WebSocket 规范出来之前，开发人员想实现这些实时的 Web 应用，不得不采用一些折衷的方案，其中最常用的就是轮询 (Polling) 和 Comet 技术，而 Comet 技术实际上是轮询技术的改进，又可细分为两种实现方式，一种是长轮询机制，一种称为流技术。下面我们简单介绍一下这几种技术：

轮询：

这是最早的一种实现实时 Web 应用的方案。客户端以一定的时间间隔向服务端发出请求，以频繁请求的方式来保持客户端和服务器端的同步。这种同步方案的最大问题是，当客户端以固定频率向服务器发起请求的时候，服务器端的数据可能并没有更新，这样会带来很多无谓的网络传输，所以这是一种非常低效的实时方案。

长轮询：

长轮询是对定时轮询的改进和提高，目地是为了降低无效的网络传输。当服务器端没有数据更新的时候，连接会保持一段时间周期直到数据或状态改变或者时间过期，通过这种机制来减少无效的客户端和服务器间的交互。当然，如果服务端的数据变更非常频繁的话，这种机制和定时轮询比较起来没有本质上的性能的提高。

流：

流技术方案通常就是在客户端的页面使用一个隐藏的窗口向服务端发出一个长连接的请求。服务器端接到这个请求后作出回应并不断更新连接状态以保证客户端和服务器端的连接不过期。通过这种机制可以将服务器端的信息源源不断地推向客户端。这种机制在用户体验上有一点问题，需要针对不同的浏览器设计不同的方案来改进用户体验，同时这种机制在并发比较大的情况下，对服务器端的资源是一个极大的考验。

综合这几种方案，您会发现这些目前我们所使用的所谓的实时技术并不是真正的实时技术，它们只是在用 Ajax 方式来模拟实时的效果，在每次客户端和服务器端交互的时候都是一次 HTTP 的请求和应答的过程，而每一次的 HTTP 请求和应答都带有完整的 HTTP 头信息，这就增加了每次传输的数据量，而且这些方案中客户端和服务器端的编程实现都比较复杂，在实际的应用中，为了模拟比较真实的实时效果，开发人员往往需要构造两个 HTTP 连接来模拟客户端和服务器之间的双向通讯，一个连接用来处理客户端到服务器端的数据传输，一个连接用来处理服务器端到客户端的数据传输，这不可避免地增加了编程实现的复杂度，也增加了服务器端的负载，制约了应用系统的扩展性。

WebSocket 优势

了解计算机网络协议的人，应该都知道：HTTP 协议是一种无状态的、无连接的、单向的应用层协议。它采用了请求/响应模型。通信请求只能由客户端发起，服务端对请求做出应答处理。

这种通信模型有一个弊端：HTTP 协议无法实现服务器主动向客户端发起消息。

这种单向请求的特点，注定了如果服务器有连续的状态变化，客户端要获知就非常麻烦。大多数 Web 应用程序将通过频繁的异步JavaScript和XML（AJAX）请求实现长轮询。轮询的效率低，非常浪费资源（因为必须不停连接，或者 HTTP 连接始终打开）。

因此，工程师们一直在思考，有没有更好的方法。WebSocket 就是这样发明的。WebSocket 连接允许客户端和服务器之间进行全双工通信，以便任一方都可以通过建立的连接将数据推送到另一端。WebSocket 只需要建立一次连接，就可以一直保持连接状态。这相比于轮询方式的不停建立连接显然效率要大大提高。

轮询和 WebSocket 实现方式的网络负载对比图

通过这张图可以清楚的看出，在流量和负载增大的情况下，WebSocket 方案相比传统的 Ajax 轮询方案有极大的性能优势。这也是为什么我们认为 WebSocket 是未来实时 Web 应用的首选方案的原因。

WebSocket 如何工作？

Web浏览器和服务器都必须实现 WebSockets 协议来建立和维护连接。由于 WebSockets 连接长期存在，与典型的HTTP连接不同，对服务器有重要的影响。

基于多线程或多进程的服务器无法适用于 WebSockets，因为它旨在打开连接，尽可能快地处理请求，然后关闭连接。任何实际的 WebSockets 服务器端实现都需要一个异步服务器。

WebSocket 客户端

在客户端，没有必要为 WebSockets 使用 JavaScript 库。实现 WebSockets 的 Web 浏览器将通过 WebSockets 对象公开所有必需的客户端功能（主要指支持 Html5 的浏览器）。

客户端 API

以下 API 用于创建 WebSocket 对象。

var Socket = new WebSocket(url, [protocol] );

以上代码中的第一个参数 url, 指定连接的 URL。第二个参数 protocol 是可选的，指定了可接受的子协议。

WebSocket 属性

以下是 WebSocket 对象的属性。假定我们使用了以上代码创建了 Socket 对象：

属性描述

Socket.readyState只读属性 readyState 表示连接状态，可以是以下值：

• 0 - 表示连接尚未建立。
• 1 - 表示连接已建立，可以进行通信。
• 2 - 表示连接正在进行关闭。
• 3 - 表示连接已经关闭或者连接不能打开。Socket.bufferedAmount只读属性

bufferedAmount 已被 send() 放入正在队列中等待传输，但是还没有发出的 UTF-8 文本字节数。

WebSocket 事件

以下是 WebSocket 对象的相关事件。假定我们使用了以上代码创建了 Socket 对象：

事件事件处理程序描述openSocket.onopen连接建立时触发messageSocket.onmessage客户端接收服务端数据时触发errorSocket.onerror通信发生错误时触发closeSocket.onclose连接关闭时触发

WebSocket 方法

以下是 WebSocket 对象的相关方法。假定我们使用了以上代码创建了 Socket 对象：

方法描述Socket.send()使用连接发送数据Socket.close()关闭连接

示例

// 初始化一个 WebSocket 对象
var ws = new WebSocket("ws://localhost:9998/echo");
// 建立 web socket 连接成功触发事件
ws.onopen = function () {
 // 使用 send() 方法发送数据
 ws.send("发送数据");
 alert("数据发送中...");
};
// 接收服务端数据时触发事件
ws.onmessage = function (evt) {
 var received_msg = evt.data;
 alert("数据已接收...");
};
// 断开 web socket 连接成功触发事件
ws.onclose = function () {
 alert("连接已关闭...");
};

WebSocket 规范

WebSocket 协议本质上是一个基于 TCP 的协议。为了建立一个 WebSocket 连接，客户端浏览器首先要向服务器发起一个 HTTP 请求，这个请求和通常的 HTTP 请求不同，包含了一些附加头信息，其中附加头信息”Upgrade: WebSocket”表明这是一个申请协议升级的 HTTP 请求，服务器端解析这些附加的头信息然后产生应答信息返回给客户端，客户端和服务器端的 WebSocket 连接就建立起来了，双方就可以通过这个连接通道自由的传递信息，并且这个连接会持续存在直到客户端或者服务器端的某一方主动的关闭连接。

下面我们来详细介绍一下 WebSocket 规范，由于这个规范目前还是处于草案阶段，版本的变化比较快，我们选择 draft-hixie-thewebsocketprotocol-76版本来描述 WebSocket 协议。因为这个版本目前在一些主流的浏览器上比如 Chrome,、FireFox、Opera 上都得到比较好的支持，您如果参照的是新一些的版本话，内容可能会略有差别。

一个典型的 WebSocket 发起请求和得到响应的例子看起来如下：

WebSocket 握手协议

客户端到服务端：

GET /demo HTTP/1.1 
Host: example.com 
Connection: Upgrade 
Sec-WebSocket-Key2: 12998 5 Y3 1 .P00 
Upgrade: WebSocket 
Sec-WebSocket-Key1: 4@1 46546xW%0l 1 5 
Origin: http://example.com 
[8-byte security key] 

服务端到客户端：

HTTP/1.1 101 WebSocket Protocol Handshake 
Upgrade: WebSocket 
Connection: Upgrade 
WebSocket-Origin: http://example.com 
WebSocket-Location: ws://example.com/demo 
[16-byte hash response]

这些请求和通常的 HTTP 请求很相似，但是其中有些内容是和 WebSocket 协议密切相关的。我们需要简单介绍一下这些请求和应答信息，”Upgrade:WebSocket”表示这是一个特殊的 HTTP 请求，请求的目的就是要将客户端和服务器端的通讯协议从 HTTP 协议升级到 WebSocket 协议。从客户端到服务器端请求的信息里包含有”Sec-WebSocket-Key1”、“Sec-WebSocket-Key2”和”[8-byte securitykey]”这样的头信息。这是客户端浏览器需要向服务器端提供的握手信息，服务器端解析这些头信息，并在握手的过程中依据这些信息生成一个 16 位的安全密钥并返回给客户端，以表明服务器端获取了客户端的请求，同意创建 WebSocket 连接。一旦连接建立，客户端和服务器端就可以通过这个通道双向传输数据了。

在实际的开发过程中，为了使用 WebSocket 接口构建 Web 应用，我们首先需要构建一个实现了 WebSocket 规范的服务器，服务器端的实现不受平台和开发语言的限制，只需要遵从 WebSocket 规范即可，目前已经出现了一些比较成熟的 WebSocket 服务器端实现，比如：

• Kaazing WebSocket Gateway — 一个 Java 实现的 WebSocket Server
• mod_pywebsocket — 一个 Python 实现的 WebSocket Server
• Netty —一个 Java 实现的网络框架其中包括了对 WebSocket 的支持
• node.js —一个 Server 端的 JavaScript 框架提供了对 WebSocket 的支持

本文仅从理论方面让大家了解websocket，后面会详细给大家推出几个语言实现的websocet多人聊天室实现。