網路套接字

引言

WebSocket 技術徹底改變了我們建立即時 Web 應用的方式。不同於傳統的基於請求-回應模型的 HTTP 協議，WebSocket 支援全雙工通信，允許資料同時發送和接收。這使得 WebSocket 成為需要低延遲和即時更新的應用程式的理想選擇。

什麼是 WebSocket？

WebSocket 是一種協議，它在客戶端和伺服器之間提供持久連接。此連線允許持續的資料交換，無需重複的 HTTP 請求。 WebSocket 使用單一 TCP 連接，該連接保持打開狀態，從而實現即時通訊。

WebSocket 的工作原理

1. 握手: 通訊始於客戶端與伺服器之間的握手。客戶端發送 HTTP 請求以將連線升級到 WebSocket。伺服器以 HTTP 101 狀態代碼回應，指示協定切換。
2. 持久連線: 握手完成後，將建立持久連線。此連線保持開啟狀態，允許持續的資料交換。
3. 全雙工通信: WebSocket 支援全雙工通信，這意味著資料可以同時發送和接收。
4. 資料幀: 資料以幀的形式傳輸，這些幀可以是文字、二進位或控制幀。這些幀允許高效靈活的資料傳輸。

WebSocket 的技術優勢

1. 持久連線:

   • 原因: 傳統 HTTP 每次請求-回應循環都需要一個新連接，這會增加開銷和延遲。
   • 機制: WebSocket 建立單一、長期的連接，該連接保持開啟狀態，允許持續的資料交換，無需重複開啟和關閉連接。這減少了與連接建立和拆除相關的開銷，從而實現更有效率的通訊。
   • 範例: 在即時聊天應用程式中，一旦建立了 WebSocket 連接，訊息就可以立即發送和接收，而無需為每條訊息建立新的連接。這帶來了更流暢、更靈敏的聊天體驗。

2. 低延遲:

   • 原因: 為每個 HTTP 請求建立新連線會因為連線設定時間而引入延遲。
   • 機制: 使用 WebSocket，連接已建立，因此資料可以立即發送和接收。這對於即時應用（例如即時聊天和線上遊戲）至關重要，在這些應用中低延遲至關重要。持久連接確保資料可以以最小的延遲傳輸。
   • 範例: 在多人線上遊戲中，WebSocket 允許玩家之間進行即時更新和互動。低延遲確保一個玩家執行的動作會立即反映在所有其他玩家的遊戲中，從而提供無縫的遊戲體驗。

3. 全雙工通訊:

   • 原因: 傳統 HTTP 遵循請求-回應模型，其中客戶端發送請求並等待伺服器的回應，這將通訊限制為一次一個方向。
   • 機制: WebSocket 支援全雙工通信，讓客戶端和伺服器同時傳送和接收資料。這使得應用程式更具互動性和響應性，因為雙方可以即時通信，而無需等待對方的回應。
   • 範例: 在股票行情應用程式中，WebSocket 允許伺服器將即時股票價格更新推送到客戶端，而無需客戶端請求每個更新。這確保用戶立即收到最新的股票價格。

4. 高效率的資源利用:

   • 原因: 在 HTTP 中重複開啟和關閉連線會消耗伺服器和網路資源。
   • 機制: 透過維護持久連接，WebSocket 減少了對重複連接設定和拆卸的需求。這導致更有效地利用伺服器和網路資源，因為連線管理的開銷被最小化了。伺服器可以同時處理更多連接而不會不堪重負。
   • 範例: 在即時協作工具中，WebSocket 允許多個使用者同時編輯文件。持久連接確保一個用戶所做的更改會立即反映給所有其他用戶，而無需重複連接設定。

5. 減少開銷:

   • 原因: 每個 HTTP 請求都包含會新增到正在傳輸的資料中的標頭，這會增加整體資料大小並降低效率。
   • 機制: WebSocket 使用單一 TCP 連線進行持續的資料交換，這減少了 HTTP 標頭的開銷。這使得 WebSocket 對於需要頻繁更新或大量資料的應用程式更有效率。減少的開銷允許更快、更有效率的資料傳輸。
   • 範例: 在即時通知系統中，WebSocket 允許伺服器推播通知到客戶端而無需 HTTP 標頭的開銷。這確保通知快速有效地傳遞。

6. 可擴充性:

   • 原因: 使用傳統的 HTTP 處理大量同時連接可能具有挑戰性且資源密集。
   • 機制: WebSocket 可以更有效地處理大量同時連線。這種可擴展性對於需要支援與多個使用者進行即時互動的現代 Web 應用程式至關重要。 WebSocket 可以管理高流量和多個使用者而不會出現明顯的效能下降。
   • 範例: 在即時串流平台中，WebSocket 允許伺服器處理數千個同時觀看者。高效的連接處理確保所有觀看者都能以最小的延遲和高品質接收直播串流。

結論

WebSocket 為即時 Web 應用程式提供了一個強大的解決方案，具有低延遲和高效的通訊能力。雖然 WebSocket 也有一些局限性，但其優勢使其成為現代 Web 開發中寶貴的工具。

其他資源

• WebSocket 文件
• WebSocket API

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