Websocket原理

一、websocket與http
WebSocket是HTML5出的東西（協(xié)議），也就是說(shuō)HTTP協(xié)議沒(méi)有變化，或者說(shuō)沒(méi)關(guān)系，但HTTP是不支持持久連接的（長(zhǎng)連接，循環(huán)連接的不算）
首先HTTP有 1.1 和 1.0 之說(shuō)，也就是所謂的 keep-alive ，把多個(gè)HTTP請(qǐng)求合并為一個(gè)，但是 Websocket 其實(shí)是一個(gè)新協(xié)議，跟HTTP協(xié)議基本沒(méi)有關(guān)系，只是為了兼容現(xiàn)有瀏覽器的握手規(guī)范而已，也就是說(shuō)它是HTTP協(xié)議上的一種補(bǔ)充可以通過(guò)這樣一張圖理解，有交集，但是并不是全部。
另外Html5是指的一系列新的API，或者說(shuō)新規(guī)范，新技術(shù)。Http協(xié)議本身只有1.0和1.1，而且跟Html本身沒(méi)有直接關(guān)系。。通俗來(lái)說(shuō)，你可以用HTTP協(xié)議傳輸非Html數(shù)據(jù)，就是這樣=。=
再簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，層級(jí)不一樣。
二、Websocket是什么樣的協(xié)議，具體有什么優(yōu)點(diǎn)
首先，Websocket是一個(gè)持久化的協(xié)議，相對(duì)于HTTP這種非持久的協(xié)議來(lái)說(shuō)。簡(jiǎn)單的舉個(gè)例子吧，用目前應(yīng)用比較廣泛的PHP生命周期來(lái)解釋。
HTTP的生命周期通過(guò) Request 來(lái)界定，也就是一個(gè) Request 一個(gè) Response ，那么在 HTTP1.0 中，這次HTTP請(qǐng)求就結(jié)束了。
在HTTP1.1中進(jìn)行了改進(jìn)，使得有一個(gè)keep-alive，也就是說(shuō)，在一個(gè)HTTP連接中，可以發(fā)送多個(gè)Request，接收多個(gè)Response。但是請(qǐng)記住 Request = Response ， 在HTTP中永遠(yuǎn)是這樣，也就是說(shuō)一個(gè)request只能有一個(gè)response。而且這個(gè)response也是被動(dòng)的，不能主動(dòng)發(fā)起。
教練，你BB了這么多，跟Websocket有什么關(guān)系呢？_(:з」∠)_好吧，我正準(zhǔn)備說(shuō)Websocket呢。。
首先Websocket是基于HTTP協(xié)議的，或者說(shuō)借用了HTTP的協(xié)議來(lái)完成一部分握手。
首先我們來(lái)看個(gè)典型的 Websocket 握手（借用Wikipedia的。。）
GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13
Origin: http://example.com
熟悉HTTP的童鞋可能發(fā)現(xiàn)了，這段類似HTTP協(xié)議的握手請(qǐng)求中，多了幾個(gè)東西。我會(huì)順便講解下作用。
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
這個(gè)就是Websocket的核心了，告訴 Apache 、 Nginx 等服務(wù)器：注意啦，我發(fā)起的是Websocket協(xié)議，快點(diǎn)幫我找到對(duì)應(yīng)的助理處理~不是那個(gè)老土的HTTP。
Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13
首先， Sec-WebSocket-Key 是一個(gè) Base64 encode 的值，這個(gè)是瀏覽器隨機(jī)生成的，告訴服務(wù)器：泥煤，不要忽悠窩，我要驗(yàn)證尼是不是真的是Websocket助理。
然后， SecWebSocket-Protocol 是一個(gè)用戶定義的字符串，用來(lái)區(qū)分同URL下，不同的服務(wù)所需要的協(xié)議。簡(jiǎn)單理解：今晚我要服務(wù)A，別搞錯(cuò)啦~
最后， Sec-WebSocket-Version 是告訴服務(wù)器所使用的 Websocket Draft（協(xié)議版本），在最初的時(shí)候，Websocket協(xié)議還在 Draft 階段，各種奇奇怪怪的協(xié)議都有，而且還有很多期奇奇怪怪不同的東西，什么Firefox和Chrome用的不是一個(gè)版本之類的，當(dāng)初Websocket協(xié)議太多可是一個(gè)大難題。。不過(guò)現(xiàn)在還好，已經(jīng)定下來(lái)啦~大家都使用的一個(gè)東西~ 脫水： 服務(wù)員，我要的是13歲的噢→→
然后服務(wù)器會(huì)返回下列東西，表示已經(jīng)接受到請(qǐng)求， 成功建立Websocket啦！
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=
Sec-WebSocket-Protocol: chat
這里開始就是HTTP最后負(fù)責(zé)的區(qū)域了，告訴客戶，我已經(jīng)成功切換協(xié)議啦~
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
依然是固定的，告訴客戶端即將升級(jí)的是 Websocket 協(xié)議，而不是mozillasocket，lurnarsocket或者shitsocket。
然后， Sec-WebSocket-Accept 這個(gè)則是經(jīng)過(guò)服務(wù)器確認(rèn)，并且加密過(guò)后的 Sec-WebSocket-Key 。 服務(wù)器：好啦好啦，知道啦，給你看我的ID CARD來(lái)證明行了吧。。
后面的， Sec-WebSocket-Protocol 則是表示最終使用的協(xié)議。
至此，HTTP已經(jīng)完成它所有工作了，接下來(lái)就是完全按照Websocket協(xié)議進(jìn)行了。具體的協(xié)議就不在這闡述了。
——————技術(shù)解析部分完畢——————
三、Websocket的作用
在講Websocket之前，我就順帶著講下 long poll 和 ajax輪詢 的原理。
ajax輪詢
ajax輪詢的原理非常簡(jiǎn)單，讓瀏覽器隔個(gè)幾秒就發(fā)送一次請(qǐng)求，詢問(wèn)服務(wù)器是否有新信息。
場(chǎng)景再現(xiàn)：
客戶端：啦啦啦，有沒(méi)有新信息(Request)
服務(wù)端：沒(méi)有（Response）
客戶端：啦啦啦，有沒(méi)有新信息(Request)
服務(wù)端：沒(méi)有。。（Response）
客戶端：啦啦啦，有沒(méi)有新信息(Request)
服務(wù)端：你好煩啊，沒(méi)有啊。。（Response）
客戶端：啦啦啦，有沒(méi)有新消息（Request）
服務(wù)端：好啦好啦，有啦給你。（Response）
客戶端：啦啦啦，有沒(méi)有新消息（Request）
服務(wù)端：。。。。。沒(méi)。。。。沒(méi)。。。沒(méi)有（Response） —- loop
long poll
long poll 其實(shí)原理跟 ajax輪詢 差不多，都是采用輪詢的方式，不過(guò)采取的是阻塞模型（一直打電話，沒(méi)收到就不掛電話），也就是說(shuō)，客戶端發(fā)起連接后，如果沒(méi)消息，就一直不返回Response給客戶端。直到有消息才返回，返回完之后，客戶端再次建立連接，周而復(fù)始。
場(chǎng)景再現(xiàn)：
客戶端：啦啦啦，有沒(méi)有新信息，沒(méi)有的話就等有了才返回給我吧（Request）
服務(wù)端：額。。 等待到有消息的時(shí)候。。來(lái) 給你（Response）
客戶端：啦啦啦，有沒(méi)有新信息，沒(méi)有的話就等有了才返回給我吧（Request） -loop
從上面可以看出其實(shí)這兩種方式，都是在不斷地建立HTTP連接，然后等待服務(wù)端處理，可以體現(xiàn)HTTP協(xié)議的另外一個(gè)特點(diǎn)，被動(dòng)性。
何為被動(dòng)性呢，其實(shí)就是，服務(wù)端不能主動(dòng)聯(lián)系客戶端，只能有客戶端發(fā)起。
簡(jiǎn)單地說(shuō)就是，服務(wù)器是一個(gè)很懶的冰箱（這是個(gè)梗）（不會(huì)、不能主動(dòng)發(fā)起連接），但是上司有命令，如果有客戶來(lái)，不管多么累都要好好接待。
說(shuō)完這個(gè)，我們?cè)賮?lái)說(shuō)一說(shuō)上面的缺陷（原諒我廢話這么多吧OAQ）
從上面很容易看出來(lái)，不管怎么樣，上面這兩種都是非常消耗資源的。
ajax輪詢 需要服務(wù)器有很快的處理速度和資源。（速度）long poll 需要有很高的并發(fā)，也就是說(shuō)同時(shí)接待客戶的能力。（場(chǎng)地大?。?br/>所以 ajax輪詢 和 long poll 都有可能發(fā)生這種情況。
客戶端：啦啦啦啦，有新信息么？
服務(wù)端：月線正忙，請(qǐng)稍后再試（503 Server Unavailable）
客戶端：。。。。好吧，啦啦啦，有新信息么？
服務(wù)端：月線正忙，請(qǐng)稍后再試（503 Server Unavailable）
客戶端：然后服務(wù)端在一旁忙的要死：冰箱，我要更多的冰箱！更多。。更多。。（我錯(cuò)了。。這又是梗。。）
言歸正傳，我們來(lái)說(shuō)Websocket吧
通過(guò)上面這個(gè)例子，我們可以看出，這兩種方式都不是最好的方式，需要很多資源。
一種需要更快的速度，一種需要更多的’電話’。這兩種都會(huì)導(dǎo)致’電話’的需求越來(lái)越高。
哦對(duì)了，忘記說(shuō)了HTTP還是一個(gè)狀態(tài)協(xié)議。
通俗的說(shuō)就是，服務(wù)器因?yàn)槊刻煲哟嗫蛻袅?，是個(gè)健忘鬼，你一掛電話，他就把你的東西全忘光了，把你的東西全丟掉了。你第二次還得再告訴服務(wù)器一遍。
所以在這種情況下出現(xiàn)了，Websocket出現(xiàn)了。他解決了HTTP的這幾個(gè)難題。首先，被動(dòng)性，當(dāng)服務(wù)器完成協(xié)議升級(jí)后（HTTP->Websocket），服務(wù)端就可以主動(dòng)推送信息給客戶端啦。所以上面的情景可以做如下修改。
客戶端：啦啦啦，我要建立Websocket協(xié)議，需要的服務(wù)：chat，Websocket協(xié)議版本：17（HTTP Request）
服務(wù)端：ok，確認(rèn)，已升級(jí)為Websocket協(xié)議（HTTP Protocols Switched）
客戶端：麻煩你有信息的時(shí)候推送給我噢。。
服務(wù)端：ok，有的時(shí)候會(huì)告訴你的。
服務(wù)端：balabalabalabala
服務(wù)端：balabalabalabala
服務(wù)端：哈哈哈哈哈啊哈哈哈哈
服務(wù)端：笑死我了哈哈哈哈哈哈哈
就變成了這樣，只需要經(jīng)過(guò)一次HTTP請(qǐng)求，就可以做到源源不斷的信息傳送了。（在程序設(shè)計(jì)中，這種設(shè)計(jì)叫做回調(diào)，即：你有信息了再來(lái)通知我，而不是我傻乎乎的每次跑來(lái)問(wèn)你 ）
這樣的協(xié)議解決了上面同步有延遲，而且還非常消耗資源的這種情況。那么為什么他會(huì)解決服務(wù)器上消耗資源的問(wèn)題呢？
其實(shí)我們所用的程序是要經(jīng)過(guò)兩層代理的，即HTTP協(xié)議在Nginx等服務(wù)器的解析下，然后再傳送給相應(yīng)的Handler（PHP等）來(lái)處理。簡(jiǎn)單地說(shuō)，我們有一個(gè)非?？焖俚?接線員（Nginx） ，他負(fù)責(zé)把問(wèn)題轉(zhuǎn)交給相應(yīng)的 客服（Handler） 。
本身接線員基本上速度是足夠的，但是每次都卡在客服（Handler）了，老有客服處理速度太慢。，導(dǎo)致客服不夠。Websocket就解決了這樣一個(gè)難題，建立后，可以直接跟接線員建立持久連接，有信息的時(shí)候客服想辦法通知接線員，然后接線員在統(tǒng)一轉(zhuǎn)交給客戶。
這樣就可以解決客服處理速度過(guò)慢的問(wèn)題了。
同時(shí)，在傳統(tǒng)的方式上，要不斷的建立，關(guān)閉HTTP協(xié)議，由于HTTP是非狀態(tài)性的，每次都要重新傳輸 identity info （鑒別信息），來(lái)告訴服務(wù)端你是誰(shuí)。
雖然接線員很快速，但是每次都要聽這么一堆，效率也會(huì)有所下降的，同時(shí)還得不斷把這些信息轉(zhuǎn)交給客服，不但浪費(fèi)客服的處理時(shí)間，而且還會(huì)在網(wǎng)路傳輸中消耗過(guò)多的流量/時(shí)間。
但是Websocket只需要一次HTTP握手，所以說(shuō)整個(gè)通訊過(guò)程是建立在一次連接/狀態(tài)中，也就避免了HTTP的非狀態(tài)性，服務(wù)端會(huì)一直知道你的信息，直到你關(guān)閉請(qǐng)求，這樣就解決了接線員要反復(fù)解析HTTP協(xié)議，還要查看identity info的信息。
同時(shí)由客戶主動(dòng)詢問(wèn)，轉(zhuǎn)換為服務(wù)器（推送）有信息的時(shí)候就發(fā)送（當(dāng)然客戶端還是等主動(dòng)發(fā)送信息過(guò)來(lái)的。。），沒(méi)有信息的時(shí)候就交給接線員（Nginx），不需要占用本身速度就慢的客服（Handler）了
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至于怎么在不支持Websocket的客戶端上使用Websocket。。答案是： 不能
但是可以通過(guò)上面說(shuō)的 long poll 和 ajax 輪詢 來(lái) 模擬出類似的效果。