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web sockets

引言

WebSocket 技术彻底改变了我们构建实时 Web 应用的方式。不同于传统的基于请求-响应模型的 HTTP 协议，WebSocket 支持全双工通信，允许数据同时发送和接收。这使得 WebSocket 成为需要低延迟和实时更新的应用的理想选择。

什么是 WebSocket？

WebSocket 是一种协议，它在客户端和服务器之间提供持久连接。此连接允许持续的数据交换，无需重复的 HTTP 请求。WebSocket 使用单个 TCP 连接，该连接保持打开状态，从而实现实时通信。

WebSocket 的工作原理

握手: 通信始于客户端和服务器之间的握手。客户端发送 HTTP 请求以将连接升级到 WebSocket。服务器以 HTTP 101 状态代码响应，指示协议切换。
持久连接: 握手完成后，将建立持久连接。此连接保持打开状态，允许持续的数据交换。
全双工通信: WebSocket 支持全双工通信，这意味着数据可以同时发送和接收。
数据帧: 数据以帧的形式传输，这些帧可以是文本、二进制或控制帧。这些帧允许高效灵活的数据传输。

WebSocket 的技术优势

持久连接:
- 原因: 传统 HTTP 每次请求-响应循环都需要一个新连接，这会增加开销和延迟。
- 机制: WebSocket 建立单个、长期的连接，该连接保持打开状态，允许持续的数据交换，无需反复打开和关闭连接。这减少了与连接建立和拆除相关的开销，从而实现更高效的通信。
- 示例: 在实时聊天应用程序中，一旦建立了 WebSocket 连接，消息就可以立即发送和接收，而无需为每条消息建立新的连接。这带来了更流畅、更灵敏的聊天体验。
低延迟:
- 原因: 为每个 HTTP 请求建立新连接会由于连接设置时间而引入延迟。
- 机制: 使用 WebSocket，连接已建立，因此数据可以立即发送和接收。这对于实时应用（例如实时聊天和在线游戏）至关重要，在这些应用中低延迟至关重要。持久连接确保数据可以以最小的延迟传输。
- 示例: 在多人在线游戏中，WebSocket 允许玩家之间进行实时更新和交互。低延迟确保一个玩家执行的动作会立即反映在所有其他玩家的游戏中，从而提供无缝的游戏体验。
全双工通信:
- 原因: 传统 HTTP 遵循请求-响应模型，其中客户端发送请求并等待服务器的响应，这将通信限制为一次一个方向。
- 机制: WebSocket 支持全双工通信，允许客户端和服务器同时发送和接收数据。这使得应用程序更具交互性和响应性，因为双方可以实时通信，而无需等待对方的响应。
- 示例: 在股票行情应用程序中，WebSocket 允许服务器将实时股票价格更新推送到客户端，而无需客户端请求每个更新。这确保用户立即收到最新的股票价格。
高效的资源利用:
- 原因: 在 HTTP 中反复打开和关闭连接会消耗服务器和网络资源。
- 机制: 通过维护持久连接，WebSocket 减少了对重复连接设置和拆卸的需求。这导致更有效地利用服务器和网络资源，因为连接管理的开销被最小化了。服务器可以同时处理更多连接而不会不堪重负。
- 示例: 在实时协作工具中，WebSocket 允许多个用户同时编辑文档。持久连接确保一个用户所做的更改会立即反映给所有其他用户，而无需重复连接设置。
减少开销:
- 原因: 每个 HTTP 请求都包含会添加到正在传输的数据中的标头，这会增加整体数据大小并降低效率。
- 机制: WebSocket 使用单个 TCP 连接进行持续的数据交换，这减少了 HTTP 标头的开销。这使得 WebSocket 对于需要频繁更新或大量数据的应用程序更有效率。减少的开销允许更快、更高效的数据传输。
- 示例: 在实时通知系统中，WebSocket 允许服务器推送通知到客户端而无需 HTTP 标头的开销。这确保通知快速有效地传递。
可扩展性:
- 原因: 使用传统的 HTTP 处理大量同时连接可能具有挑战性且资源密集型。
- 机制: WebSocket 可以更有效地处理大量同时连接。这种可扩展性对于需要支持与多个用户进行实时交互的现代 Web 应用程序至关重要。WebSocket 可以管理高流量和多个用户而不会出现明显的性能下降。
- 示例: 在实时流媒体平台中，WebSocket 允许服务器处理数千个同时观看者。高效的连接处理确保所有观看者都能以最小的延迟和高品质接收直播流。