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WebSocket ​

WebSocket 是一种基于 TCP 连接上进行全双工通信的协议，相对于 HTTP 这种非持久的协议来说，WebSocket 是一个持久化网络通信的协议；它不仅可以实现客户端请求服务器，同时可以允许服务端主动向客户端推送数据。在 WebSocket API 中，客户端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。

背景 ​

  1. 在 Web 应用架构中，连接由 HTTP/1.0 和 HTTP/1.1 处理。HTTP 是客户端/服务器模式中 请求一响应 所用的协议，在这种模式中，客户端(一般是浏览器)向服务器提交 HTTP 请求，服务器响应请求的资源(例如HTML页面)。 HTTP 是无状态的，也就是说，它将每个请求当成唯一和独立的。无状态协议具有一些优势，例如，服务器不需要保存有关会话的信息，从而不需要存储数据。但是，这也意味着在每次 HTTP 请求和响应中都会发送关于请求的冗余信息，比如使用 Cookie 进行用户状态的验证；

  2. 随着客户端和服务器之间交互的增加，HTTP 协议在客户端和服务器之间通信所需要的信息量快速增加。 从根本上讲，HTTP 还是 半双工 的协议，也就是说，在同一时刻信息的流向只能单向的：客户端向服务器发送请求（单向），然后服务器响应请求（单向）半双工方式的通信效率是非常低的。

  3. 同时 HTTP 协议有一个缺陷：通信只能由客户端发起。 这种单向请求的特点，注定了如果服务器有状态变化，是无法主动通知客户端的。 为了能够及时的获取服务器的变化，我们尝试过各种各样的方式：

    1. 轮询： 每隔一段时候，就发出一个请求，了解服务器有没有新的信息。不精准，有延时，大量无效数据交换；
    2. 长轮询： 客户端向服务器请求信息，并在设定的时间段内保持连接。直到有服务器有新消息响应，或者连接超时，这种技术常常称作“挂起GET”或“搁置POST”。占用服务器资源，相对轮询并没有优势，没有标准化；

这些方法提供了近乎实时的通信，但是它们也涉及 HTTP 请求和响应首标，包含了许多附加和不必要的首标数据与延迟。此外，在每一种情况下，客户端都必须等待请求返回，才能发出后续的请求，而这显著地增加了延退。同时也极大的增加了服务器的压力；

介绍 ​

Websocket 是一种自然的全双工、双向、单套接字连接。解决了 HTTP 协议中不适合于实时通信的不足。2008年被提出，2011 年成为国际标准。

Websocket 协议能够通过 Web 进行客户端和服务器之间的全双工通信，并支持二进制数据和文本字符串的传输。这个协议由开始的握手和之后的基本消息框架组成，是建立在 TCP 协议上的。相比于 HTTP 协议，Websocket 链接一旦建立，即可进行双向的实时通信；

特点 ​

  1. 建立在 TCP 协议之上，服务器端的实现比较容易。
  2. 与 HTTP 协议有着良好的兼容性。默认端口也是80和443，并且握手阶段采用 HTTP 协议，因此握手时不容易屏蔽，能通过各种 HTTP 代理服务器。
  3. 数据格式比较轻量，性能开销小，通信高效。
  4. 可以发送文本，也可以发送二进制数据。
  5. 没有同源限制，客户端可以与任意服务器通信。

通信原理 ​

WebSocket 在握手阶段采用的是 HTTP 协议，Websocket 借用了 HTTP 的一部分协议来完成一次握手。(HTTP的三次握手，此处只完成一次)

客户端通过 http 带着信息请求服务器，但同时，携带了Upgrade:websocket和Connection:Upgrade(两根管子),服务器如果支持WebSocket协议(有两根管子的接口)，使用Websocket协议返回可用信息，此后信息的传递，均使用这两个管子，除非有一方人为的将管子切断;若服务器不支持，客户端请求链接失败，返回错误信息；

案例 ​

服务端

js
var Websocket = require('websocket').server
var http = require('http')

// 创建 HTTP 服务，作为第一次握手链接使用
var httpServer = http.createServer().listen(8080,function(){
  console.log('http://127.0.0.1:8080')
})

// 创建 websocket 服务实力
var wsServer = new Websocket({
  // 配置依赖的握手 http 服务器
  httpServer:httpServer,
  
  autoAcceptConnections:false
})

// 保存链接池
var conArr = []

// 监听 ws 请求事件
wsServer.on('request',function(request){
  // 获取链接示例
  var connection = request.accept()
  // 保存连接池
  conArr.push(connection)
  // 监听消息事件
  connection.on('message',function(msg){
    console.log(msg)
    // 循环连接池，推送广播消息至客户端
    for(let i = 0;i<conArr.length;i++){
      conArr[i].send(msg.utf8Data)
    }
  })
})

客户端

html

<body>
  <div id="msg"></div>
  <input type="text" id="text">
  <input type="button" value="发送" onclick="send()">

  <script>
    //调用websocket对象建立连接：
    //参数：ws/wss(加密)://ip:port （字符串）
    var websocket = new WebSocket('ws://127.0.0.1:8080')
    // console.log(websocket.readyState) // 0 
    // readyState 
    // 0 链接还没有建立（正在建立链接）
    // 1 链接建立成
    // 2 链接正在关闭
    // 3 链接已经关闭

    // 监听链接开启事件
    websocket.onopen = function () {
      console.log(websocket.readyState)
    }

    // 绑定按钮点击事件
    function send() {
      var text = document.getElementById('text').value
      // ws 消息发送
      websocket.send(text)
    }

    // 监听服务端消息推送事件
    websocket.onmessage = function (back) {
      console.log(back.data)
    }

    // 监听连接错误信息
    // websocket.onerror = function (evt, e) {
    //   console.log('Error occured: ' + evt.data);
    // };

    //监听连接关闭
    // websocket.onclose = function (evt) {
    //   console.log("Disconnected");
    // };


  </script>

</body>

Socket.IO ​

一个目前最为强大且好用的，基本屏蔽了 websocket 概念的 websocket 库；不用掌握 websocket 相关的知识，只需要按照 Socket.IO 中提供的 API 就能够很好的实现一个 websocket 通信

服务端

js
const { createServer } = require("http");
const { Server } = require("socket.io");

const httpServer = createServer();
const io = new Server(httpServer, {
  cors: {
    origin: "*",
    methods: ["GET", "POST"]
  }
});

io.on("connection", (socket) => {
  socket.on('sendMsg',(data)=>{
    io.emit('pushMsg',data)
  })
});

httpServer.listen(3000, function () {
  console.log('http://127.0.0.1:3000')
});

客户端

html
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  <title>Document</title>
  <script src="https://cdn.socket.io/4.2.0/socket.io.min.js"
    integrity="sha384-PiBR5S00EtOj2Lto9Uu81cmoyZqR57XcOna1oAuVuIEjzj0wpqDVfD0JA9eXlRsj"
    crossorigin="anonymous"></script>
</head>

<body>
  <input type="text" id="text">
  <input type="button" value="发送" onclick="send()">

  <script>
    var socket = io.connect('http://127.0.0.1:3000')
    function send() {
      var text = document.getElementById('text').value
      socket.emit('sendMsg', text)
    }

    socket.on('pushMsg', (data) => {
      console.log(data)
    })

  </script>

</body>

</html>

相关资料 ​

http://www.ruanyifeng.com/blog/2017/05/websocket.html

https://zhuanlan.zhihu.com/p/23467317

https://socket.io/docs/v4/

https://github.com/theturtle32/WebSocket-Node

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