WebSocket：现代 Web 应用程序中实时通信的支柱

在不断发展的 Web 应用程序世界中，实时通信已成为必备功能。从实时通知、在线游戏、实时消息传递到协作编辑，用户期望无缝、即时的交互。 WebSocket 是一个功能强大的协议，它通过在客户端和服务器之间提供全双工、低延迟的通信通道来满足这一需求。

在本博客中，我们将深入研究 WebSocket，涵盖其工作原理、优点、实际用例以及基本实施指南。

---

目录

1. WebSocket 简介
2. WebSocket 与 HTTP：主要区别
3. WebSocket 的工作原理
4. WebSocket 协议和握手
5. 使用 WebSocket 的优点
6. WebSocket 的实际应用
7. 在 JavaScript 中实现 WebSocket
8. WebSocket 的安全问题
9. 结论

---

1. WebSocket简介

WebSocket 是一种通信协议，它在客户端（通常是浏览器）和服务器之间提供持久连接，允许双向实时数据传输。它由 IETF 标准化为 RFC 6455，并受到现代浏览器的广泛支持。

传统的基于 HTTP 的连接主要是请求-响应，这意味着客户端发起每次交互。相比之下，WebSocket 实现了开放的通信线路，允许客户端和服务器随时向对方发送数据，而无需重复重新建立连接的开销。

---

2. WebSocket 与 HTTP：主要区别

功能 HTTP WebSocket 标题>

Feature	HTTP	WebSocket
Connection Type	Half-duplex	Full-duplex
Communication	Request-response	Bi-directional
Connection Persistence	New connection per request	Persistent connection
Latency	Higher	Lower
Usage Suitability	Static content delivery	Real-time applications

连接类型 半双工 全双工 通讯 请求-响应 双向 连接持久性 每个请求新连接 持久连接 延迟 更高 降低 使用适合性 静态内容交付 实时应用 表>

HTTP 非常适合静态网页和 RESTful 服务，而 WebSocket 在需要持续数据流的应用程序中表现出色，例如直播、通知和在线游戏。

---

3. WebSocket 的工作原理

WebSocket 协议将现有的 HTTP 连接升级为 WebSocket。初始握手通过 HTTP 进行，之后连接切换协议，允许全双工数据传输。

1. 客户端请求：客户端发送一个 HTTP 请求，其标头表明希望升级到 WebSocket。
2. 服务器响应：如果服务器支持 WebSocket，它会使用接受升级的标头进行响应。
3. 持久连接：握手后，建立持久的 WebSocket 连接，只要双方需要，该连接就可以保持打开状态。

此连接可以以最小的开销实现高效、持续的通信，这与 HTTP 不同，HTTP 需要为每次交互建立一个新连接。

---

4. WebSocket 协议和握手

WebSocket 协议通过 TCP 运行，并利用端口 80 进行常规连接，使用端口 443 进行安全连接 (WSS)。

握手过程

这是一个典型的 WebSocket 握手示例：

客户请求：

GET /chat HTTP/1.1
Host: example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Version: 13

服务器响应：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=

服务器响应 101 Switching Protocols 后，WebSocket 连接打开，客户端和服务器都可以发送数据帧。

---

5.使用 WebSocket 的优点

1. 低延迟： WebSocket 通过维护单个打开的连接来最大限度地减少延迟，减少建立和关闭连接所花费的时间。
2. 效率：与 HTTP 轮询不同，WebSocket 仅传输必要的数据，无需额外的 HTTP 标头，使其轻量级且带宽高效。
3. 全双工通信： WebSocket 允许客户端和服务器之间同时传输数据，非常适合实时应用程序。
4. 可扩展性：由于 WebSocket 连接是持久的，它们允许应用程序同时处理许多活动连接，从而更容易扩展。

---

6. WebSocket 的实际应用

WebSocket 是需要实时、双向通信的应用程序的首选协议。一些常见的用例包括：

• 实时聊天应用程序： WhatsApp 或 Slack 等应用程序中的实时消息传递。
• 在线游戏：适用于需要多个玩家之间即时互动的游戏。
• 金融股票代码：实时股票或加密货币更新。
• 实时体育比分：比分或比赛赛事的持续更新。
• 协作工具： Google Docs 等应用程序，多个用户可以在同一文档上工作。

---

7.在 JavaScript 中实现 WebSocket

这是在 JavaScript 中设置 WebSocket 连接的基本示例：

客户端 JavaScript

GET /chat HTTP/1.1
Host: example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Version: 13

服务器端（Node.js 示例）

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=

---

8. WebSocket 的安全问题

尽管 WebSocket 有其优点，但它也带来了一些安全挑战：

• 没有本机 CSRF 保护： WebSocket 没有针对跨站点请求伪造 (CSRF) 的内置保护。
• 容易受到 DOS 攻击：持久连接可以通过淹没服务器来进行拒绝服务攻击。
• 降低风险：实施安全 WebSocket (WSS) 来加密流量、验证客户端请求，并使用具有内置安全功能的 WebSocket 库。

通过使用安全 WebSocket (WSS)，您可以以与 HTTPS 类似的方式保护 WebSocket 上的数据传输。

---

9.结论

WebSocket 改变了我们构建 Web 应用程序以及与 Web 应用程序交互的方式。通过实现全双工、低延迟通信，WebSocket 已成为创建动态实时应用程序的关键。从实时聊天和游戏到金融行情，WebSocket 保持持续连接的能力开启了无限的可能性。

以上是WebSocket：现代 Web 应用程序中实时通信的支柱的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章！