WebSocket 全面解析

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🌟 引言

WebSocket，一个让实时通信变得轻而易举的神器，它打破了传统HTTP协议的限制，实现了浏览器与服务器间的全双工通信。想象一下，即时消息、在线游戏、实时股票报价…这一切都离不开WebSocket的魔力💫。下面，我们就来深入探索WebSocket的奥秘，并动手实践一段代码吧！💻

📚 WebSocket基础概念

📌 什么是WebSocket？

WebSocket是一种在单个TCP连接上提供全双工通信能力的协议。简单来说，它允许客户端和服务器互相推送数据，无需重复建立连接，大大提升了交互效率和实时性🚀。

📌 为什么需要WebSocket？

在WebSocket之前，我们常用轮询或长轮询来模拟实时通信，但这两种方式都存在资源消耗大、延迟高的问题🚫。WebSocket的出现，让服务器能够主动推送信息给客户端，从而实现了真正意义上的实时互动🎉。

📌 与HTTP的关系

WebSocket握手基于HTTP协议，但随后的通信则独立于HTTP，形成了持久的双向通道。这意味着，尽管它们共享相同的起始握手过程，WebSocket的数据传输不依赖于HTTP请求响应模型🌐。

💻 WebSocket API 使用指南

🛠️ 创建WebSocket实例

const socket = new WebSocket('ws://yourserver.com:port/path');

这里ws://是WebSocket的URL scheme，确保你的服务器支持WebSocket并指定了正确的地址和端口。

🎯 事件监听

WebSocket的核心在于事件处理，以下是一些关键事件：

open: 连接建立时触发
message: 收到服务器消息时触发
error: 发生错误时触发
close: 连接关闭时触发

示例代码：

socket.addEventListener('open', (event) => {
  console.log('Connected to WebSocket server!', event);
});

socket.addEventListener('message', (event) => {
  console.log('Received:', event.data);
});

socket.addEventListener('error', (err) => {
  console.error('WebSocket error observed:', err);
});

socket.addEventListener('close', (event) => {
  console.log('WebSocket connection closed', event);
});

📨 发送消息

向服务器发送文本或二进制数据非常直接：

socket.send('Hello, WebSocket Server!');
// 或发送二进制数据
const binaryData = new Uint8Array([...]); // 二进制数据数组
socket.send(binaryData);

🔍 深入WebSocket原理

WebSocket通信流程包括：

握手：客户端通过HTTP Upgrade请求初始化连接。
帧协议：一旦连接建立，数据以帧的形式传输，每个帧包含数据负载和控制信息。
心跳维护：为了保持连接活跃，双方可能会定期发送心跳包。

🚀 实战演练

想象一个简单的聊天应用，前端使用WebSocket与后端实时通信，用户发送的消息能即时显示在页面上。

📌 前端示例代码：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
	<meta charset="UTF-8">
	<title>WebSocket 实时通信示例</title>
	<style>
        /* 样式定义：无序列表去除默认样式，设置消息区域的内边距，按钮样式 */
        #messages { list-style-type: none; padding: 0; }
        #messages li { padding: 5px 10px; } /* 每条消息的样式 */
        button { margin: 5px; } /* 按钮样式 */
	</style>
</head>
<body>
<h1>WebSocket 实时消息</h1>
<div>
	<!-- 输入框及按钮布局，用于输入消息、发送、连接及断开连接 -->
	<label for="messageInput">消息:</label>
	<input type="text" id="messageInput" placeholder="请输入消息...">
	<button id="sendBtn" onclick="sendMessage()" disabled>发送</button> <!-- 发送按钮，默认禁用 -->
	<button id="connectBtn" onclick="connect()">连接</button> <!-- 连接WebSocket服务器按钮 -->
	<button id="disconnectBtn" onclick="disconnect()" disabled>断开连接</button> <!-- 断开连接按钮，默认禁用 -->
</div>
<ul id="messages"></ul> <!-- 消息展示区域 -->
<script>
	let socket; // 声明一个全局变量用来保存WebSocket实例

	// 连接WebSocket服务器函数
	function connect() {
		socket = new WebSocket('ws://localhost:8080'); // 创建WebSocket连接

		// 监听WebSocket的open事件，表示连接成功建立
		socket.addEventListener('open', (event) => {
			console.log('连接已建立');
			// 修改页面上按钮的可用状态
			document.getElementById('connectBtn').disabled = true;
			document.getElementById('disconnectBtn').disabled = false;
			document.getElementById('sendBtn').disabled = false;
		});

		// 监听message事件，处理服务器发来的消息
		socket.addEventListener('message', (event) => {
			const messageData = JSON.parse(event.data); // 解析JSON格式的消息数据
			const messageElement = document.createElement('li'); // 创建一个新的LI元素来显示消息
			messageElement.textContent = messageData.content; // 设置消息内容
			document.getElementById('messages').appendChild(messageElement); // 将消息添加到页面中
		});

		// 监听close事件，表示连接已关闭
		socket.addEventListener('close', (event) => {
			console.log('连接已关闭');
			// 调整按钮状态
			document.getElementById('connectBtn').disabled = false;
			document.getElementById('disconnectBtn').disabled = true;
			document.getElementById('sendBtn').disabled = true;
		});
	}

	// 发送消息函数
	function sendMessage() {
		const input = document.getElementById('messageInput'); // 获取消息输入框
		const message = input.value; // 获取输入的消息内容
		if (message.trim()) { // 如果消息不为空
			const data = {
				type: 'text', // 消息类型为文本
				content: message, // 消息内容
				timestamp: new Date().getTime() // 添加时间戳
			};
			socket.send(JSON.stringify(data)); // 将消息转换为JSON字符串并发送
			input.value = ''; // 清空输入框
		}
	}

	// 断开WebSocket连接函数
	function disconnect() {
		if (socket && socket.readyState === WebSocket.OPEN) { // 确保WebSocket连接是打开状态才执行关闭操作
			socket.close();
		}
	}

	// 初始化页面时禁用发送和断开连接按钮
	document.getElementById('sendBtn').disabled = true;
	document.getElementById('disconnectBtn').disabled = true;
</script>
</body>
</html>

📌 后端示例代码：

const WebSocket = require('ws');

const wss = new WebSocket.Server({ port: 8080 });

wss.on('connection', (ws) => {
	console.log('客户端已连接');

	ws.on('message', (message) => {
		try {
			const data = JSON.parse(message); // 解析接收到的JSON数据
			if (data.type === 'text') {
				ws.send(JSON.stringify(data)); // 发送回处理后的JSON数据
			}
		} catch (error) {
			console.error('处理消息时出错:', error);
		}
	});

	ws.on('close', () => {
		console.log('客户端已断开连接');
	});

	ws.on('error', (err) => {
		console.error('WebSocket错误:', err);
	});
});

console.log('WebSocket服务器正在监听8080端口...');

🎯总结

📌 核心概念巩固

WebSocket定义：WebSocket协议是一种在单个TCP连接上提供全双工通信的协议，它允许数据在客户端和服务器之间自由流动，无需反复建立HTTP连接，极大地提升了实时性和效率。
与HTTP关系：虽然WebSocket握手阶段借助HTTP协议，但后续数据传输完全独立，实现了真正的实时推送技术。
应用场景：广泛应用于即时通讯、在线游戏、金融实时报价、协同编辑等对实时性要求极高的场景。