Websocket 初探

附录中的三篇写得非常好,这里也只是整理到了一起,基本没做修改。

WebSocket协议

WebSocket与HTTP

WebSocket是HTML5出的东西(协议),也就是说HTTP协议没有变化,或者说没关系,但HTTP是不支持持久连接的(长连接,循环连接的不算)
首先HTTP有1.1和1.0之说,也就是所谓的keep-alive,把多个HTTP请求合并为一个,但是Websocket其实是一个新协议,跟HTTP协议基本没有关系,只是为了兼容现有浏览器的握手规范而已,也就是说它是HTTP协议上的一种补充可以通过这样一张图理解

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有交集,但是并不是全部。
另外Html5是指的一系列新的API,或者说新规范,新技术。Http协议本身只有1.0和1.1,而且跟Html本身没有直接关系。。
通俗来说,你可以用HTTP协议传输非Html数据,就是这样=。=
再简单来说,层级不一样。

什么是WebSocket,WebSocket的优点

首先,Websocket是一个持久化的协议,相对于HTTP这种非持久的协议来说。
简单的举个例子吧,用目前应用比较广泛的PHP生命周期来解释。
HTTP的生命周期通过Request来界定,也就是一个Request 一个Response,那么在HTTP1.0中,这次HTTP请求就结束了。
在HTTP1.1中进行了改进,使得有一个keep-alive,也就是说,在一个HTTP连接中,可以发送多个Request,接收多个Response。
但是请记住 Request = Response , 在HTTP中永远是这样,也就是说一个request只能有一个response。而且这个response也是被动的,不能主动发起。

教练,你BB了这么多,跟Websocket有什么关系呢?
(:з」∠)好吧,我正准备说Websocket呢。。
首先Websocket是基于HTTP协议的,或者说借用了HTTP的协议来完成一部分握手。
在握手阶段是一样的
——-以下涉及专业技术内容,不想看的可以跳过lol——–
首先我们来看个典型的Websocket握手(借用Wikipedia的。。)
GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13
Origin: http://example.com
熟悉HTTP的童鞋可能发现了,这段类似HTTP协议的握手请求中,多了几个东西。
我会顺便讲解下作用。
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
这个就是Websocket的核心了,告诉Apache、Nginx等服务器:注意啦,窝发起的是Websocket协议,快点帮我找到对应的助理处理~不是那个老土的HTTP。
Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13
首先,Sec-WebSocket-Key 是一个Base64 encode的值,这个是浏览器随机生成的,告诉服务器:泥煤,不要忽悠窝,我要验证尼是不是真的是Websocket助理。
然后,SecWebSocket-Protocol 是一个用户定义的字符串,用来区分同URL下,不同的服务所需要的协议。简单理解:今晚我要服务A,别搞错啦~
最后,Sec-WebSocket-Version 是告诉服务器所使用的Websocket Draft(协议版本),在最初的时候,Websocket协议还在 Draft 阶段,各种奇奇怪怪的协议都有,而且还有很多期奇奇怪怪不同的东西,什么Firefox和Chrome用的不是一个版本之类的,当初Websocket协议太多可是一个大难题。。不过现在还好,已经定下来啦~大家都使用的一个东西~ 脱水:服务员,我要的是13岁的噢→

然后服务器会返回下列东西,表示已经接受到请求, 成功建立Websocket啦!
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=
Sec-WebSocket-Protocol: chat
这里开始就是HTTP最后负责的区域了,告诉客户,我已经成功切换协议啦~
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
依然是固定的,告诉客户端即将升级的是Websocket协议,而不是mozillasocket,lurnarsocket或者shitsocket。
然后,Sec-WebSocket-Accept 这个则是经过服务器确认,并且加密过后的 Sec-WebSocket-Key。服务器:好啦好啦,知道啦,给你看我的ID CARD来证明行了吧。。
后面的,Sec-WebSocket-Protocol 则是表示最终使用的协议。

至此,HTTP已经完成它所有工作了,接下来就是完全按照Websocket协议进行了。
具体的协议就不在这阐述了。

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你TMD又BBB了这么久,那到底Websocket有什么鬼用,http long poll,或者ajax轮询不都可以实现实时信息传递么。

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好好好,年轻人,那我们来讲一讲Websocket有什么用。
来给你吃点胡(苏)萝(丹)卜(红)

WebSocket的作用

在讲Websocket之前,我就顺带着讲下 long poll 和 ajax轮询 的原理。
首先是 ajax轮询 ,ajax轮询 的原理非常简单,让浏览器隔个几秒就发送一次请求,询问服务器是否有新信息。
场景再现:
客户端:啦啦啦,有没有新信息(Request)
服务端:没有(Response)
客户端:啦啦啦,有没有新信息(Request)
服务端:没有。。(Response)
客户端:啦啦啦,有没有新信息(Request)
服务端:你好烦啊,没有啊。。(Response)
客户端:啦啦啦,有没有新消息(Request)
服务端:好啦好啦,有啦给你。(Response)
客户端:啦啦啦,有没有新消息(Request)
服务端:。。。。。没。。。。没。。。没有(Response) —- loop

long poll
long poll 其实原理跟 ajax轮询 差不多,都是采用轮询的方式,不过采取的是阻塞模型(一直打电话,没收到就不挂电话),也就是说,客户端发起连接后,如果没消息,就一直不返回Response给客户端。直到有消息才返回,返回完之后,客户端再次建立连接,周而复始。
场景再现
客户端:啦啦啦,有没有新信息,没有的话就等有了才返回给我吧(Request)
服务端:额。。 等待到有消息的时候。。来 给你(Response)
客户端:啦啦啦,有没有新信息,没有的话就等有了才返回给我吧(Request) -loop

从上面可以看出其实这两种方式,都是在不断地建立HTTP连接,然后等待服务端处理,可以体现HTTP协议的另外一个特点,被动性。
何为被动性呢,其实就是,服务端不能主动联系客户端,只能有客户端发起。
简单地说就是,服务器是一个很懒的冰箱(这是个梗)(不会、不能主动发起连接),但是上司有命令,如果有客户来,不管多么累都要好好接待。

说完这个,我们再来说一说上面的缺陷(原谅我废话这么多吧OAQ)
从上面很容易看出来,不管怎么样,上面这两种都是非常消耗资源的。
ajax轮询 需要服务器有很快的处理速度和资源。(速度)
long poll 需要有很高的并发,也就是说同时接待客户的能力。(场地大小)
所以ajax轮询 和long poll 都有可能发生这种情况。

客户端:啦啦啦啦,有新信息么?
服务端:月线正忙,请稍后再试(503 Server Unavailable)
客户端:。。。。好吧,啦啦啦,有新信息么?
服务端:月线正忙,请稍后再试(503 Server Unavailable)

客户端:
然后服务端在一旁忙的要死:冰箱,我要更多的冰箱!更多。。更多。。(我错了。。这又是梗。。)


言归正传,我们来说Websocket吧
通过上面这个例子,我们可以看出,这两种方式都不是最好的方式,需要很多资源。
一种需要更快的速度,一种需要更多的’电话’。这两种都会导致’电话’的需求越来越高。
哦对了,忘记说了HTTP还是一个无状态协议。(感谢评论区的各位指出OAQ)
通俗的说就是,服务器因为每天要接待太多客户了,是个健忘鬼,你一挂电话,他就把你的东西全忘光了,把你的东西全丢掉了。你第二次还得再告诉服务器一遍。

所以在这种情况下出现了,Websocket出现了。
他解决了HTTP的这几个难题。
首先,被动性,当服务器完成协议升级后(HTTP->Websocket),服务端就可以主动推送信息给客户端啦。
所以上面的情景可以做如下修改。
客户端:啦啦啦,我要建立Websocket协议,需要的服务:chat,Websocket协议版本:17(HTTP Request)
服务端:ok,确认,已升级为Websocket协议(HTTP Protocols Switched)
客户端:麻烦你有信息的时候推送给我噢。。
服务端:ok,有的时候会告诉你的。
服务端:balabalabalabala
服务端:balabalabalabala
服务端:哈哈哈哈哈啊哈哈哈哈
服务端:笑死我了哈哈哈哈哈哈哈

就变成了这样,只需要经过一次HTTP请求,就可以做到源源不断的信息传送了。(在程序设计中,这种设计叫做回调,即:你有信息了再来通知我,而不是我傻乎乎的每次跑来问你)
这样的协议解决了上面同步有延迟,而且还非常消耗资源的这种情况。
那么为什么他会解决服务器上消耗资源的问题呢?
其实我们所用的程序是要经过两层代理的,即HTTP协议在Nginx等服务器的解析下,然后再传送给相应的Handler(PHP等)来处理。
简单地说,我们有一个非常快速的接线员(Nginx),他负责把问题转交给相应的客服(Handler)。
本身接线员基本上速度是足够的,但是每次都卡在客服(Handler)了,老有客服处理速度太慢。,导致客服不够。
Websocket就解决了这样一个难题,建立后,可以直接跟接线员建立持久连接,有信息的时候客服想办法通知接线员,然后接线员在统一转交给客户。
这样就可以解决客服处理速度过慢的问题了。

同时,在传统的方式上,要不断的建立,关闭HTTP协议,由于HTTP是非状态性的,每次都要重新传输identity info(鉴别信息),来告诉服务端你是谁。
虽然接线员很快速,但是每次都要听这么一堆,效率也会有所下降的,同时还得不断把这些信息转交给客服,不但浪费客服的处理时间,而且还会在网路传输中消耗过多的流量/时间。
但是Websocket只需要一次HTTP握手,所以说整个通讯过程是建立在一次连接/状态中,也就避免了HTTP的非状态性,服务端会一直知道你的信息,直到你关闭请求,这样就解决了接线员要反复解析HTTP协议,还要查看identity info的信息。

同时由客户主动询问,转换为服务器(推送)有信息的时候就发送(当然客户端还是等主动发送信息过来的。。),没有信息的时候就交给接线员(Nginx),不需要占用本身速度就慢的客服(Handler)了

至于怎么在不支持Websocket的客户端上使用Websocket。。答案是:不能
但是可以通过上面说的 long poll 和 ajax 轮询来 模拟出类似的效果

WebSocket与Java

WebSocketServer

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@ServerEndpoint(value = "/ws/{user}")
public class WSUserServer {
private String currentUser;
@OnOpen
public void onOpen(@PathParam("user") String user, Session session) {
this.currentUser = user;
System.out.println("Connected ... " + session.getId());
}
@OnMessage
public String onMessage(String message, Session session) {
System.out.println("Current user: " + message);
return currentUser + ":" + message;
}
@OnClose
public void onClose(Session session, CloseReason closeReason) {
System.out.println(String.format("Session %s closed because of %s",
session.getId(), closeReason));
}
@OnError
public void onError(Throwable t) {
t.printStackTrace();
}
}

WebSocketClient(JS)

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<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta name="viewport" content="width=device-width" />
<title>WebSocket 客户端</title>
</head>
<body>
<div>
<input type="button" id="btnConnection" value="连接" />
<input type="button" id="btnClose" value="关闭" />
<input type="button" id="btnSend" value="发送" />
</div>
<script src="jquery-1.7.2.min.js" type="text/javascript" charset="utf-8"></script>
<script type="text/javascript">
var socket;
if(typeof(WebSocket) == "undefined") {
alert("您的浏览器不支持WebSocket");
}
$("#btnConnection").click(function() {
//实现化WebSocket对象,指定要连接的服务器地址与端口
socket = new WebSocket("ws://localhost:8080/WebSocket/ws/testuser");
//打开事件/
socket.onopen = function() {
alert("Socket 已打开");
//socket.send("这是来自客户端的消息" + location.href + new Date());
};
//获得消息事件
socket.onmessage = function(msg) {
alert("message:" + msg.data);
};
//关闭事件
socket.onclose = function() {
alert("Socket已关闭");
};
//发生了错误事件
socket.onerror = function() {
alert("发生了错误");
}
});
//发送消息
$("#btnSend").click(function() {
socket.send("这是来自客户端的消息" + location.href + new Date());
});
//关闭
$("#btnClose").click(function() {
socket.close();
});
</script>
</body>
</html>

WebSocket与Spring

WebSocket的子协议

如上所述,WebSocket在握手之后便直接基于TCP进行消息通信,但WebSocket只是TCP上面非常轻的一层,它仅仅将TCP的字节流转换成消息流(文本或二进制),至于怎么解析这些消息的内容完全依赖于应用本身。
因此为了协助client与server进行消息格式的协商,WebSocket在握手的时候保留了一个子协议字段。
这个子协议字段并不是必须的,而且这个字段的值也不是固定的。对于简单的应用,我们完全可以自己约定消息的格式;但对于稍微复杂点的应用,我们可能会希望能够希望快速开发,而不用花费大部分精力来制定复杂的消息格式。
那么问题来了:现在有可用的子协议吗?
答案是肯定的。
STOMP协议是一个简单的消息通信协议,最初只是在脚本语言中使用,但由于其简单实用已经被广泛使用。
我们也可以在WebSocket中将它作为子协议来进行消息通信。

对于Java开发者来说,由于Spring框架提供了STOMP的支持,可以拿来就用,没有比这更好的了。

附录

  1. WebSocket原理
  2. Java实现WebSocket
  3. Spring与WebSocket