WebSocket程序设计

news2024/11/16 11:28:17

协议说明

WebSocket 是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议。WebSocket 使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单，允许服务端主动向客户端推送数据。Websocket主要用在B/S架构的应用程序中，在 WebSocket API 中，浏览器和服务器只需要完成一次握手，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。它的最大特点就是，服务器可以主动向客户端推送信息，客户端也可以主动向服务器发送信息，是真正的双向平等对话，属于服务器推送技术的一种。

WebSocket 协议在2008年诞生，2011年成为国际标准。现在最新版本浏览器都已经支持了。

WebSocket 是一种应用层协议。

WebSocket 的典型特点：

基于 TCP 协议的应用层协议，实现相对简单
单个TCP连接上进行全双工通信
兼容 HTTP 协议，默认端口也是80和443
握手阶段采用 HTTP 协议，能通过各种 HTTP 代理服务器
数据格式比较轻量，性能开销小，通信高效
可以发送文本和二进制数据
没有浏览器的同源限制
协议标识符是 ws或 wss，网址就是 URL，例如：ws://mashibing.com:80/some/path

websocket的典型场景：

即时通信
协同编辑/编辑
实时数据流的拉取与推送

websocket推送和浏览器端轮询

在BS开发领域，若需要浏览器B即时得到服务器的状态更新，常使用两个方案：

浏览器端轮询
服务器端推送

浏览器轮询：浏览器端，当需要获取最新数据状态时，利用脚本程序循环向服务端发送请求。

服务器推送，服务器端，当状态改变时，将数据发送到浏览器端。

如图所示：

如果需要服务器端推送，则需要使用websocket协议。当然HTTP/2版本，也支持服务器端推送，但实现上以推送静态资源为主，不能基于业务逻辑推送特定的消息，因此当前的普及使用率websocket还是主流。

websocket 与 http 的对比

WebSocket通常和HTTP进行对比，如图：

WebSocket和HTTP 的相同点:

应用层协议
B/S 架构中使用
基于TCP协议
端口默认都是：80和443

WebSocket和HTTP 的不同点:

	WebSocket	HTTP
通信模式	双向	单向
握手	双方协商	浏览器发起
服务器端推送	支持	不支持。H/2支持部分

WebSocket和HTTP 的联系:

websocket是在http基础上握手得到的。

WebSocket握手过程

通过HTTP请求响应，中的头信息，完成websocket握手，如图：

请求头如下：

 GET /chat HTTP/1.1
 Host: server.mashibing.com
 Upgrade: websocket
 Connection: Upgrade
 Sec-WebSocket-Key: x4JJHMbDL22zLk1GBhXDw==
 Sec-WebSocket-Protocol: chat
 Sec-WebSocket-Version: 13
 Origin: http://mashibing.com

其中：

 # 升级为 websocket
 Upgrade: websocket
 Connection: Upgrade
 # 一个 Base64 encode 的值，有于验证服务器端是否支持websocket
 Sec-WebSocket-Key: x4JJHMbDL22zLk1GBhXDw==
 # 用户协议，可以视为不同业务逻辑的频道
 Sec-WebSocket-Protocol: chat
 # 协议版本，13是当前通用版本，几乎不需要更改
 Sec-WebSocket-Version: 13

基于以上请求头，服务器端，就知道需要将协议升级为websocket协议，并提供一些验证信息。

响应头如下：

 HTTP/1.1 101 Switching Protocols
 # 协议升级
 Upgrade: websocket
 # 连接状态
 Connection: Upgrade
 # WebSocket服务端根据Sec-WebSocket-Key生成
 Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
 # WebSocket协议用户协议
 Sec-WebSocket-Protocol: chat

基于以上响应头，浏览器端就知道服务器端升级成功，并通过了验证。

至此，B/S端可以基于该连接，完成websocket双向通信了。

WebSocket的状态码

状态码	名称	描述
0–999	-	保留段, 未使用。
1000	CLOSE_NORMAL	正常关闭; 无论为何目的而创建, 该链接都已成功完成任务。
1001	CLOSE_GOING_AWAY	终端离开, 可能因为服务端错误, 也可能因为浏览器正从打开连接的页面跳转离开。
1002	CLOSE_PROTOCOL_ERROR	由于协议错误而中断连接。
1003	CLOSE_UNSUPPORTED	由于接收到不允许的数据类型而断开连接 (如仅接收文本数据的终端接收到了二进制数据)。
1004	-	保留。其意义可能会在未来定义。
1005	CLOSE_NO_STATUS	保留。表示没有收到预期的状态码。
1006	CLOSE_ABNORMAL	保留。用于期望收到状态码时连接非正常关闭 (也就是说, 没有发送关闭帧)。
1007	Unsupported Data	由于收到了格式不符的数据而断开连接 (如文本消息中包含了非 UTF-8 数据)。
1008	Policy Violation	由于收到不符合约定的数据而断开连接。这是一个通用状态码, 用于不适合使用 1003 和 1009 状态码的场景。
1009	CLOSE_TOO_LARGE	由于收到过大的数据帧而断开连接。
1010	Missing Extension	客户端期望服务器商定一个或多个拓展, 但服务器没有处理, 因此客户端断开连接。
1011	Internal Error	客户端由于遇到没有预料的情况阻止其完成请求, 因此服务端断开连接。
1012	Service Restart	服务器由于重启而断开连接。 [Ref]
1013	Try Again Later	服务器由于临时原因断开连接, 如服务器过载因此断开一部分客户端连接。 [Ref]
1014	-	由 WebSocket
1015	TLS Handshake	保留。表示连接由于无法完成 TLS 握手而关闭 (例如无法验证服务器证书)。
1016–1999	-	由 WebSocket 标准保留以便未来使用。
2000–2999	-	由 WebSocket 拓展保留使用。
3000–3999	-	可以由库或框架使用。不应由应用使用。可以在 IANA 注册, 先到先得。
4000–4999	-	可以由应用使用。

服务端编码

需要：

HTTP服务器，net/http 或者 gin（或其他HTTP框架）
处理WebSocket协议的包，GitHub - gorilla/websocket: Package gorilla/websocket is a fast, well-tested and widely used WebSocket implementation for Go.

其中：GitHub - gorilla/websocket: Package gorilla/websocket is a fast, well-tested and widely used WebSocket implementation for Go. 是github上Go语言Star数最高的websocket包，推荐使用。

安装gorilla/websocket：