WebSocket
- WebSocket 的特点
- 1. 全双工通信
- 2. 持久连接
- 3. 低延迟
- 4. 二进制和文本支持
- 5. 连接管理
- 6. 二进制数据传输
- WebSocket 协议详解
- 1. 握手过程
- 2. 数据帧结构
- WebSocket 的实现
- 服务器端实现（Node.js + ws库）
- 1. 基础服务器
- 2. 广播功能实现
- 3. 心跳机制
- 客户端实现（HTML + JavaScript）
- 1. 基础用法
- 2. 断线重连
- 3. 二进制数据处理
- WebSocket 与 SSE 的比较
- WebSocket 的应用场景
- WebSocket优化实践
- 1. 性能优化
- 2. 安全防护
- 3. 监控与调试
- 未来发展趋势
- 总结
在现代 Web 开发中，实时通信是许多应用的核心需求，例如在线聊天、实时协作、游戏对战等。WebSocket 是一种基于 TCP 的全双工通信协议，它允许客户端和服务器之间建立持久连接，并在双方之间高效地传输数据。
上一节分享了 「Server-Sent Events (SSE)：轻量级实时通信技术」
WebSocket 的特点
1. 全双工通信
WebSocket 允许客户端和服务器双向发送消息，适用于需要频繁交互的场景，如即时聊天、在线游戏等。
// 客户端发送消息
socket.send('Hello Server!');// 同时接收消息
socket.onmessage = (event) => {console.log('收到服务端消息:', event.data);
};
- 双向实时： 客户端和服务端可以同时发送和接收数据
2. 持久连接
WebSocket 连接一旦建立，将保持打开状态，避免了 HTTP 轮询带来的性能损耗。
3. 低延迟
由于 WebSocket 仅在初始握手时使用 HTTP，之后的数据传输采用轻量级的帧格式，减少了额外的 HTTP 请求开销，提高了实时性。
4. 二进制和文本支持
WebSocket 支持发送文本数据和二进制数据，使其适用于多种应用场景，如音视频流、文件传输等。
5. 连接管理
相比 SSE（Server-Sent Events）只能由服务器推送数据，WebSocket 允许双向通信，因此需要手动管理连接的建立、丢失和恢复。
6. 二进制数据传输
// 发送ArrayBuffer
const buffer = new ArrayBuffer(128);
socket.send(buffer);// 发送Blob数据
const blob = new Blob(['Hello']);
socket.send(blob);
-
原生支持： 无需编码转换，直接传输二进制数据
-
高效传输： 适合音视频流、文件传输等场景
-
类型灵活： 支持
ArrayBuffer、Blob、字符串等多种格式
WebSocket 协议详解
1. 握手过程
GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Version: 13HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=
-
协议升级： 通过
HTTP Upgrade机制切换到 WebSocket 协议 -
安全验证： 基于
Sec-WebSocket-Key的握手验证 -
状态码： 成功返回
101 Switching Protocols
2. 数据帧结构
-
帧类型： 文本帧（0x1）、二进制帧（0x2）、控制帧等
-
分片传输： 支持将大消息拆分为多个帧传输
-
掩码处理： 客户端到服务端的数据需进行掩码处理
WebSocket 的实现
服务器端实现（Node.js + ws库）
1. 基础服务器
const WebSocket = require('ws');
const server = new WebSocket.Server({ port: 8080 });server.on('connection', socket => {console.log('Client connected');// 监听客户端消息socket.on('message', message => {console.log('Received:', message);socket.send(`Echo: ${message}`); // 发送回执消息});// 监听连接关闭socket.on('close', () => {console.log('Client disconnected');});
});console.log('WebSocket server running on ws://localhost:8080');
2. 广播功能实现
// 向所有客户端广播消息
wss.clients.forEach((client) => {if (client.readyState === WebSocket.OPEN) {client.send('广播消息');}
});
3. 心跳机制
// 服务端心跳检测
setInterval(() => {wss.clients.forEach((ws) => {if (!ws.isAlive) return ws.terminate();ws.isAlive = false;ws.ping();});
}, 30000);ws.on('pong', () => {ws.isAlive = true;
});
客户端实现（HTML + JavaScript）
1. 基础用法
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head><meta charset="UTF-8"><title>WebSocket Demo</title><script>document.addEventListener("DOMContentLoaded", function () {const socket = new WebSocket('ws://localhost:8080');// 连接成功socket.onopen = function() {console.log('WebSocket connection established');socket.send('Hello Server!');};// 收到消息socket.onmessage = function(event) {console.log('Received:', event.data);};// 连接关闭socket.onclose = function() {console.log('WebSocket connection closed');};});</script>
</head>
<body><h1>WebSocket Demo</h1><p>Check the console for messages.</p>
</body>
</html>
2. 断线重连
let reconnectAttempts = 0;
const maxReconnectAttempts = 5;function connect() {const socket = new WebSocket('wss://example.com/chat');socket.onclose = () => {if (reconnectAttempts < maxReconnectAttempts) {setTimeout(connect, Math.pow(2, reconnectAttempts) * 1000);reconnectAttempts++;}};
}
3. 二进制数据处理
// 接收ArrayBuffer
socket.binaryType = 'arraybuffer';
socket.onmessage = (event) => {const buffer = event.data;// 处理二进制数据
};// 发送二进制数据
const buffer = new ArrayBuffer(32);
socket.send(buffer);
WebSocket 与 SSE 的比较
| 特性 | WebSocket | SSE |
|---|---|---|
| 通信方式 | 双向通信 | 服务器到客户端单向推送 |
| 适用场景 | 聊天、游戏、实时协作 | 实时通知、日志更新、股票行情 |
| 连接管理 | 需手动管理重连 | 浏览器自动重连 |
| 数据格式 | 支持二进制和文本 | 仅支持文本 |
| 浏览器支持 | 现代浏览器均支持 | 现代浏览器均支持 |
WebSocket 的应用场景
- 即时通讯：WebSocket 非常适用于在线聊天、协作工具，如 Slack、微信 Web 版等【即时消息传递、在线状态更新、消息已读回执】。
- 在线游戏：多人在线游戏需要实时同步状态，WebSocket 由于其低延迟特性，是理想选择。
- 实时数据推送：股票、外汇等金融市场数据需要高频率推送，WebSocket 提供了高效的数据传输方式。
- 实时协作：如 Google Docs 这样的多人协作文档编辑工具，可使用 WebSocket 实现多个用户的实时同步【协同文档编辑、远程白板】。
- 物联网（IoT）：WebSocket 可用于智能设备与服务器之间的通信，以实现远程监控和控制。
WebSocket优化实践
1. 性能优化
-
压缩扩展：启用
permessage-deflate压缩 -
连接池：合理管理 WebSocket 连接
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负载均衡：使用支持 WebSocket 的负载均衡器
2. 安全防护
// 认证示例
wss.on('connection', (ws, req) => {const token = req.headers['sec-websocket-protocol'];if (!validateToken(token)) {ws.close(1008, '未授权访问');}
});
-
认证授权：通过子协议或自定义头进行身份验证
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数据加密：强制使用wss（WebSocket Secure）
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输入验证：严格校验客户端数据
3. 监控与调试
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连接状态：实时监控连接数和消息吞吐量
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错误日志：记录连接异常和错误信息
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性能指标：跟踪消息延迟和资源使用情况
未来发展趋势
1. WebSocket over HTTP/3： 利用QUIC协议提升性能
2. WebTransport： 新一代实时通信协议
3. 边缘计算集成： 与CDN和边缘节点深度整合
4. 标准化扩展： 更丰富的子协议支持
总结
WebSocket 提供了一种高效、低延迟的双向通信方式，适用于各种需要实时交互的应用。相比于 SSE，它不仅支持服务器向客户端推送数据，还允许客户端主动发送数据，实现真正的实时双向通信。
如果你的应用涉及高频双向数据交换，如聊天、游戏或协作工具，WebSocket 是最佳选择！
