websocket 实现长连接原理「建议收藏」

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

一、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

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。

二、Websocket是什么样的协议，具体有什么优点 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。 1) 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:，或者只看加黑内容——– 首先我们来看个典型的Websocket握手（借用Wikipedia的。。）

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。

代码语言：javascript复制

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。

代码语言：javascript复制

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，Sec_WebSocket-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！

代码语言：javascript复制

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~

代码语言：javascript复制

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。 ——————技术解析部分完毕——————

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。

三、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 —– _(:з」∠)_两天写了两篇科普类文章。。好累OAQ，求赞。。对啦，如果有错误，欢迎大家在底下留言指出噢~

以下是腾讯云技术社区整理的 WebSocket原理说明 ——

众所周知，Web应用的通信过程通常是客户端通过浏览器发出一个请求，服务器端接收请求后进行处理并返回结果给客户端，客户端浏览器将信息呈现。这种机制对于信息变化不是特别频繁的应用可以良好支撑，但对于实时要求高、海量并发的应用来说显得捉襟见肘，尤其在当前业界移动互联网蓬勃发展的趋势下，高并发与用户实时响应是Web应用经常面临的问题，比如金融证券的实时信息、Web导航应用中的地理位置获取、社交网络的实时消息推送等。

传统的请求-响应模式的Web开发在处理此类业务场景时，通常采用实时通讯方案。比如常见的轮询方案，其原理简单易懂，就是客户端以一定的时间间隔频繁请求的方式向服务器发送请求，来保持客户端和服务器端的数据同步。其问题也很明显：当客户端以固定频率向服务器端发送请求时，服务器端的数据可能并没有更新，带来很多无谓请求，浪费带宽，效率低下。

基于Flash，AdobeFlash通过自己的Socket实现完成数据交换，再利用Flash暴露出相应的接口给JavaScript调用，从而达到实时传输目的。此方式比轮询要高效，且因为Flash安装率高，应用场景广泛。然而，移动互联网终端上Flash的支持并不好：IOS系统中无法支持Flash，Android虽然支持Flash但实际的使用效果差强人意，且对移动设备的硬件配置要求较高。2012年Adobe官方宣布不再支持Android4.1 系统，宣告了Flash在移动终端上的死亡。

传统的Web模式在处理高并发及实时性需求的时候，会遇到难以逾越的瓶颈，需要一种高效节能的双向通信机制来保证数据的实时传输。在此背景下，基于HTML5规范的、有Web TCP之称的 WebSocket应运而生。早期HTML5并没有形成业界统一的规范，各个浏览器和应用服务器厂商有着各异的类似实现，如IBM的MQTT、Comet开源框架等。直到2014年，HTML5终于尘埃落地，正式落实为实际标准规范，各个应用服务器及浏览器厂商逐步开始统一，在 JavaEE7中也实现了WebSocket协议。至此无论是客户端还是服务端的WebSocket都已完备。用户可以查阅HTML5规范，熟悉新的HTML协议规范及WebSocket支持。

WebSocket 机制

以下简要介绍一下WebSocket的原理及运行机制。

WebSocket是HTML5下一种新的协议。它实现了浏览器与服务器全双工通信，能更好的节省服务器资源和带宽并达到实时通讯的目的。它与HTTP一样通过已建立的TCP连接来传输数据，但是它和HTTP最大不同是：

WebSocket是一种双向通信协议。在建立连接后，WebSocket服务器端和客户端都能主动向对方发送或接收数据，就像Socket一样；
WebSocket需要像TCP一样，先建立连接，连接成功后才能相互通信。

传统HTTP客户端与服务器请求响应模式如下图所示：

WebSocket模式客户端与服务器请求响应模式如下图：

上图对比可以看出，相对于传统HTTP每次请求-应答都需要客户端与服务端建立连接的模式，WebSocket是类似Socket的TCP长连接通讯模式。一旦WebSocket连接建立后，后续数据都以帧序列的形式传输。在客户端断开WebSocket连接或Server端中断连接前，不需要客户端和服务端重新发起连接请求。在海量并发及客户端与服务器交互负载流量大的情况下，极大的节省了网络带宽资源的消耗，有明显的性能优势，且客户端发送和接受消息是在同一个持久连接上发起，实时性优势明显。

相比HTTP长连接，WebSocket有以下特点：

是真正的全双工方式，建立连接后客户端与服务器端是完全平等的，可以互相主动请求。而HTTP长连接基于HTTP，是传统的客户端对服务器发起请求的模式。
HTTP长连接中，每次数据交换除了真正的数据部分外，服务器和客户端还要大量交换HTTP header，信息交换效率很低。Websocket协议通过第一个request建立了TCP连接之后，之后交换的数据都不需要发送 HTTP header就能交换数据，这显然和原有的HTTP协议有区别所以它需要对服务器和客户端都进行升级才能实现（主流浏览器都已支持HTML5）。此外还有 multiplexing、不同的URL可以复用同一个WebSocket连接等功能。这些都是HTTP长连接不能做到的。

下面再通过客户端和服务端交互的报文对比WebSocket通讯与传统HTTP的不同点：

在客户端，new WebSocket实例化一个新的WebSocket客户端对象，请求类似 ws://yourdomain:port/path 的服务端WebSocket URL，客户端WebSocket对象会自动解析并识别为WebSocket请求，并连接服务端端口，执行双方握手过程，客户端发送数据格式类似：

代码语言：javascript复制

GET /webfin/websocket/ HTTP/1.1

Host: localhost

Upgrade: websocket

Connection: Upgrade

Sec-WebSocket-Key: xqBt3ImNzJbYqRINxEFlkg==

Origin: http://localhost:8080

Sec-WebSocket-Version: 13

可以看到，客户端发起的WebSocket连接报文类似传统HTTP报文，Upgrade：websocket参数值表明这是WebSocket类型请求，Sec-WebSocket-Key是WebSocket客户端发送的一个 base64编码的密文，要求服务端必须返回一个对应加密的Sec-WebSocket-Accept应答，否则客户端会抛出Error during WebSocket handshake错误，并关闭连接。

服务端收到报文后返回的数据格式类似：

代码语言：javascript复制

HTTP/1.1 101 Switching Protocols

Upgrade: websocket

Connection: Upgrade

Sec-WebSocket-Accept: K7DJLdLooIwIG/MOpvWFB3y3FE8=

Sec-WebSocket-Accept的值是服务端采用与客户端一致的密钥计算出来后返回客户端的，HTTP/1.1 101 Switching Protocols表示服务端接受WebSocket协议的客户端连接，经过这样的请求-响应处理后，两端的WebSocket连接握手成功, 后续就可以进行TCP通讯了。用户可以查阅WebSocket协议栈了解WebSocket客户端和服务端更详细的交互数据格式。

在开发方面，WebSocket API 也十分简单：只需要实例化 WebSocket，创建连接，然后服务端和客户端就可以相互发送和响应消息。在WebSocket 实现及案例分析部分可以看到详细的 WebSocket API 及代码实现。

腾讯云公网有日租类型七层负载均衡转发部分支持Websocket，目前包括英魂之刃、银汉游戏等多家企业已接入使用。当出现不兼容问题时，请修改websocket配置，websocket server不校验下图中圈出的字段：

一个使用WebSocket应用于视频的业务思路如下：

使用心跳维护websocket链路，探测客户端端的网红/主播是否在线
设置负载均衡7层的proxy_read_timeout默认为60s
设置心跳为50s，即可长期保持Websocket不断开

近期Websocket将开放自定义配置，敬请期待。