说说对websocket的理解？应用场景？ -岩石教程

什么是 WebSocket？

WebSocket 是一种网络通信协议，旨在通过单个长连接提供全双工通信。这意味着客户端和服务器可以同时发送和接收数据，而不需要重新建立连接。WebSocket 的建立过程是通过 HTTP 请求/响应的方式启动的，但一旦连接建立，就会切换到 WebSocket 协议。

WebSocket 的主要特点：

全双工通信：客户端和服务器可以同时发送和接收数据。
持久连接：一次连接建立后可以持续使用，直到一方关闭连接。
低延迟：无需每次请求都进行握手，减少了网络延迟。
轻量协议：相比 HTTP 协议头，WebSocket 帧的头部信息较少，节省了带宽。

WebSocket 的工作原理

1. 连接建立（握手过程）

客户端请求：客户端通过 HTTP/HTTPS 发起请求，包含以下头部信息来表示希望升级到 WebSocket 协议：

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13

服务器响应：如果服务器支持 WebSocket 协议，会返回 101 Switching Protocols 状态码，并包含以下头部信息，确认协议升级：
```
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
Sec-WebSocket-Protocol: chat
```
- Sec-WebSocket-Accept 是通过 Sec-WebSocket-Key 和一个固定字符串进行 SHA-1 哈希计算，并转为 Base64 编码得到的。

2. 数据帧传输

WebSocket 使用一种帧（frame）结构来传输数据，每个帧都有一个固定的头部和可变的负载数据部分：

数据帧结构：
- FIN：1 bit，表示是否是消息的最后一个分片。
- RSV1, RSV2, RSV3：各 1 bit，保留位，通常为 0。
- Opcode：4 bit，表示帧的类型（如文本帧、二进制帧、关闭连接帧等）。
- Mask：1 bit，表示是否对负载数据进行掩码处理（客户端发送的数据需要掩码，服务器响应的不需要）。
- Payload length：7 bit，表示负载数据的长度。
- Masking key：如果 Mask 位为 1，则包含一个 4 字节的掩码密钥，用于对负载数据进行解码。
- Payload data：实际传输的数据。

3. 连接关闭

关闭帧：连接的任意一方都可以发送一个关闭帧来终止连接，帧中包含关闭状态码和可选的关闭原因。
```
socket.close(1000, "Normal Closure");
```
优雅关闭：另一方收到关闭帧后，应该回应一个关闭帧，并关闭连接。

WebSocket 的应用场景

1. 实时聊天应用

WebSocket 适合需要实时双向通信的应用，如即时通讯工具和在线聊天平台。它可以在用户之间实时传输消息，而不需要长轮询或短轮询的开销。

2. 实时数据更新

在股票行情、体育比分、新闻推送等需要频繁更新数据的应用中，WebSocket 可以确保数据的实时性，用户可以立即看到最新的更新。

3. 在线游戏

在线多人游戏需要快速的状态更新和实时互动，WebSocket 提供了低延迟和高效的数据传输，适合这类应用。

4. 协作应用

在线文档编辑、白板应用等协作工具需要实时同步多个用户的操作，WebSocket 可以提供低延迟的实时同步能力。

5. 实时通知和警报

系统监控、事件报警等需要实时推送消息的场景，WebSocket 可以确保通知的及时性。

6. 实时流媒体

尽管 WebSocket 不是专门为流媒体设计的，但在某些低延迟音视频传输场景中，也可以使用 WebSocket。

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