WebSocket 全双工，你可以主动找我，我也可以主动找你。

大家好，我是皇子。

WebSocket 像是个特立独行的技术，不走寻常路，但偏偏又能解决很多实际问题。

WebSocket 是什么原理？

关于WebSocket简单来说，它提供了一种机制，可以让客户端和服务端之间保持一个持久的连接，这样双方就可以实时通信了。

这在以前的 HTTP 世界里几乎是不可能的，因为 HTTP 本质上是一个请求/响应模型，一次请求结束后，连接就会被关闭，下次通信还得重新建立连接。

为什么可以实现持久连接？

WebSocket 实现持久连接的的核心技术点在于它的握手过程：

下面我们将围绕这个图进行分析：

客户端向服务端发起WebSocket连接请求

刚开始的时候，WebSocket 使用一个类似于 HTTP 的握手请求，这个请求看起来像是普通的 HTTP 请求，但它里面包含了特殊的头部信息，告诉服务器这不是普通的 HTTP 请求，而是希望升级到 WebSocket 协议。

1） Upgrade: 这个头告诉服务器，客户端想要升级当前的连接到 WebSocket 协议。值通常是 websocket。

Upgrade: websocket

2） Connection: 这个头用来指定当前连接应该被升级。值通常是 Upgrade。

Connection: Upgrade

3） Sec-WebSocket-Key: 这是一个随机生成的 Base64 编码的字符串，用于握手验证。服务器需要使用这个键来计算一个特殊的响应值，以确认握手成功。

Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==

4） Sec-WebSocket-Version: 这个头指定了 WebSocket 协议的版本。目前最常用的版本是 13。

Sec-WebSocket-Version: 13

5） Host: 这个头和普通 HTTP 请求一样，表示请求的目标主机。

6） Origin: 这个头指明了发起请求的页面的来源，即发起 WebSocket 连接的网页地址。

Websocket服务端收到客户端请求并响应

服务器收到这个请求后，如果同意的话，就会发送一个特殊的响应，然后双方就切换到 WebSocket 通道进行通信了。

服务器接收到这个请求后，会检查这些头部信息，并作出相应的响应。响应中同样包含了一些关键头部：

1） Upgrade: 同样是 websocket。

Upgrade: websocket

2） Connection: 同样是 Upgrade。

Connection: Upgrade

3） Sec-WebSocket-Accept: 这个头包含了经过特殊计算后的值，用于验证客户端的 Sec-WebSocket-Key。具体算法是将客户端发送的 Sec-WebSocket-Key 字段加上一个固定的字符串 258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11，然后取 SHA-1 哈希，再进行 Base64 编码。

Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=

握手成功后，连接就升级成了 WebSocket 连接。一旦这个通道打开，双方就可以持续不断地交换数据，直到一方主动断开连接为止。

就是这时候，通信模式就从 HTTP 的请求/响应模式转变成了全双工模式，客户端和服务端可以同时发送数据而不必等待对方回应。

至于为啥 WebSocket 能保持连接不掉线，那是因为它设计了一套心跳机制，每隔一段时间，双方就得发个心跳包，就相当于说：“哥们儿，我还活着呢！”，这样服务器就不会误以为客户端死掉了，就把连接给关了。

这种模式非常适合需要实时交互的应用场景，如在线聊天、股票报价更新、多人游戏等。

WebSocket 跟 HTML5 有关联？

这是因为 HTML5 是一个大升级，它引入了很多新的 API 和特性，WebSocket 就是其中之一。

在 HTML4 时代，确实没有 WebSocket 这个东西，那时候要实现类似的功能，开发者们得费老大劲，用各种 hack 技术来模拟持久连接，比如轮询或者长轮询等。这些方法不仅效率低，而且用户体验也不好。

到了 HTML5 时代，WebSocket 成为了标准的一部分，开发者们可以直接使用浏览器提供的 WebSocket API，这大大简化了开发过程。

websocket和普通的socket有什么区别？

我想起之前没有那么多丰富的开发框架时，网络编程基本靠纯“手动挡”，一手 TCP，一手 HTTP，两眼一抹黑就开干。

对于普通 Socket（通常指 TCP Socket）是网络编程中的一种基础组件，用于在两台计算机之间建立双向通信连接。它是基于 TCP/IP 协议族中的传输控制协议 (TCP) 实现的，为应用程序提供了一个稳定的、面向连接的数据流服务。

而WebSocket 是一种协议，旨在为 Web 应用程序提供高效、双向的通信通道。它构建于 TCP 协议之上，并利用 HTTP 协议进行握手，之后转换为持久连接，以支持实时数据交换。

在对比区别之前，我们通过实现一个双向通信的过程，先了解下大致过程；

WebSocket

WebSocket 服务器端伪代码

import asyncio
from websockets import serve

async def handle_websocket(websocket, path):
    # 接收客户端消息
    async for message in websocket:
        print(f"Received: {message}")
        # 处理消息逻辑
        response = process_message(message)
        # 向客户端发送响应
        await websocket.send(response)

async def main():
    # 在指定端口启动 WebSocket 服务器
    async with serve(handle_websocket, "localhost", 8765):
        print("WebSocket server is running...")
        await asyncio.Future()  # 运行服务器

if __name__ == "__main__":
    asyncio.run(main())

WebSocket 客户端伪代码

import asyncio
import websockets

async def send_and_receive():
    uri = "ws://localhost:8765"
    async with websockets.connect(uri) as websocket:
        while True:
            # 发送消息给服务器
            message = input("Enter a message: ")
            await websocket.send(message)
            # 接收并打印服务器响应
            response = await websocket.recv()
            print(f"Received: {response}")

if __name__ == "__main__":
    asyncio.run(send_and_receive())

普通 Socket

普通 Socket 服务器端

import socket
import threading

def handle_client(client_socket, address):
    try:
        while True:
            data = client_socket.recv(1024).decode()
            if not data:
                break
            print(f"Received from {address}: {data}")
            response = process_message(data)
            client_socket.sendall(response.encode())
    finally:
        client_socket.close()

def start_server():
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    server_socket.bind(('localhost', 12345))
    server_socket.listen(5)
    print("Server is listening...")

    while True:
        client_socket, addr = server_socket.accept()
        thread = threading.Thread(target=handle_client, args=(client_socket, addr))
        thread.start()

if __name__ == "__main__":
    start_server()

普通 Socket 客户端

import socket

def connect_to_server():
    client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    client_socket.connect(('localhost', 12345))

    while True:
        message = input("Enter a message: ")
        client_socket.sendall(message.encode())

        data = client_socket.recv(1024).decode()
        if not data:
            break
        print(f"Received: {data}")

    client_socket.close()

if __name__ == "__main__":
    connect_to_server()

WebSocket 与普通 Socket主要区别

1、连接建立

普通 Socket 直接通过 TCP 连接建立。
WebSocket 则通过 HTTP/HTTPS 进行初始的握手过程，之后才转换为持久的双向通信连接。

2、数据格式

普通 Socket 可以传输任意类型的数据，包括文本和二进制数据。
WebSocket 默认传输 JSON 或文本数据，但同样支持二进制数据。

3、通信模式

普通 Socket 支持双向通信，但通常需要应用程序自行处理心跳机制来保持连接的活跃状态。
WebSocket 自带心跳机制，确保连接的稳定性和双向通信能力。

4、安全性

普通 Socket 可以使用 SSL/TLS 加密以提高安全性。
WebSocket 也可以通过 WSS (WebSocket Secure) 提供安全连接，确保数据传输的安全性。

5、应用范围

普通 Socket 广泛应用于各种网络编程场景，包括但不限于文件传输、远程控制等。
WebSocket 特别适用于需要实时数据更新的应用场景，如在线聊天、实时游戏、股票行情推送等。

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