一、什么是Websocket

WebSocket 是一種在單個 TCP 連接上進行 全雙工 通信的協(xié)議，它可以讓客戶端和服務器之間進行實時的雙向通信。

WebSocket 使用一個長連接，在客戶端和服務器之間保持持久的連接，從而可以實時地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

在 WebSocket 中，客戶端和服務器之間可以互相發(fā)送消息，客戶端可以使用 JavaScript 中的 WebSocket API 發(fā)送消息到服務器，也可以接收服務器發(fā)送的消息。

二、Websocket特點

簡單來說，websocket 具有 雙向通信，實時性強，支持二進制，控制開銷 的特點。

1、協(xié)議標識符是ws（如果加密，則為wss），服務器網(wǎng)址就是 URL。

2、實時通信，服務器可以隨時主動給客戶端下發(fā)數(shù)據(jù)。

3、保持連接狀態(tài)，Websocket需要先創(chuàng)建連接，所以是一種有狀態(tài)的協(xié)議，之后通信時就可以省略部分狀態(tài)信息。

4、控制開銷，連接創(chuàng)建后，服務器和客戶端之間交換數(shù)據(jù)時，用于協(xié)議控制的數(shù)據(jù)包頭部相對較小。在不包含擴展的情況下，對于服務器到客戶端的內容，此頭部大小只有2至10字節(jié)（和數(shù)據(jù)包長度有關）；對于客戶端到服務器的內容，頭部還需要加上額外的4字節(jié)的掩碼。

5、實現(xiàn)簡單，建立在 TCP 協(xié)議之上，服務器端的實現(xiàn)比較容易，并且沒有同源限制，客戶端可以與任意服務器通信。

6、支持二進制傳輸，Websocket定義了二進制幀，可以發(fā)送文本，也可以發(fā)送二進制數(shù)據(jù)。

7、與 HTTP 協(xié)議有著良好的兼容性。默認端口也是80和443，并且握手階段采用 HTTP 協(xié)議，因此握手時不容易屏蔽，能通過各種 HTTP 代理服務器。

8、支持擴展，用戶可以擴展協(xié)議、實現(xiàn)部分自定義的子協(xié)議，如部分瀏覽器支持壓縮等。

三、WebSocket與HTTP的區(qū)別

websocket和http都是基于TCP的應用層協(xié)議，使用的也是 80 端口（若運行在 TLS 之上時，默認使用 443 端口）。

其區(qū)別主要就在于連接的性質和通信方式。

WebSocket是一種雙向通信的協(xié)議，通過一次握手即可建立持久性的連接，服務器和客戶端可以隨時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

而HTTP協(xié)議是一種請求-響應模式的協(xié)議，每次通信都需要發(fā)送一條請求并等待服務器的響應。

WebSocket的實時性更好，延遲更低，并且在服務器和客戶端之間提供雙向的即時通信能力，適用于需要實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱鼍啊?/p>

四、常見應用場景

1. 實時聊天：WebSocket能夠提供雙向、實時的通信機制，使得實時聊天應用能夠快速、高效地發(fā)送和接收消息，實現(xiàn)即時通信。
2. 實時協(xié)作：用于實時協(xié)作工具，如協(xié)同編輯文檔、白板繪畫、團隊任務管理等，團隊成員可以實時地在同一頁面上進行互動和實時更新。
3. 實時數(shù)據(jù)推送：用于實時數(shù)據(jù)推送場景，如股票行情、新聞快訊、實時天氣信息等，服務器可以實時將數(shù)據(jù)推送給客戶端，確保數(shù)據(jù)的及時性和準確性。
4. 多人在線游戲：實時的雙向通信機制，適用于多人在線游戲應用，使得游戲服務器能夠實時地將游戲狀態(tài)和玩家行為傳輸給客戶端，實現(xiàn)游戲的實時互動。
5. 在線客服：WebSocket可以用于在線客服和客戶支持系統(tǒng)，實現(xiàn)實時的客戶溝通和問題解決，提供更好的用戶體驗，減少等待時間。

五、websocket實例

為了建立一個 WebSocket 連接，客戶端瀏覽器首先要向服務器發(fā)起一個 HTTP 請求，這個請求和通常的 HTTP 請求不同，包含了一些附加頭信息，其中附加頭信息"Upgrade: WebSocket"表明這是一個申請協(xié)議升級的 HTTP 請求，服務器端解析這些附加的頭信息然后產(chǎn)生應答信息返回給客戶端，客戶端和服務器端的 WebSocket 連接就建立起來了，雙方就可以通過這個連接通道自由的傳遞信息，并且這個連接會持續(xù)存在直到客戶端或者服務器端的某一方主動的關閉連接。

1）Websocket事件

• onopen: 客戶端和服務器建立連接后觸發(fā)，被稱為客戶端和服務器之間的初始握手。如果接收到open, 說明已經(jīng)連接成功，可以進行通信了。
• onmessage： 接收到消息時觸發(fā)。服務器發(fā)送給客戶端的消息可包括純文本消息，二進制數(shù)據(jù)（Blob消息或者ArrayBuffer消息）。
• onerror： 響應意外故障時觸發(fā)，在錯誤之后總是會終止連接。
• onclose：連接關閉時觸發(fā)。一旦連接關閉后，客戶端和服務端將不會再進行消息的收發(fā)。也可主動調用close()方法關閉連接。

2）Websocket方法

• send() : 在連接成功后關閉前，發(fā)送消息（onopen后和onclose前才可發(fā)送消息）

參數(shù)：

• data: 要發(fā)送的數(shù)據(jù)，可以是字符串、二進制數(shù)據(jù)或者 Blob 對象。
• close() : 關閉連接

參數(shù)：

• code (可選): 一個數(shù)字，表示連接關閉的狀態(tài)碼。常見的狀態(tài)碼有 1000 表示正常關閉，1001 表示端點離開，等等。
• reason (可選): 一個字符串，表示連接關閉的原因。

3）Websocket對象屬性

• readyState：只讀屬性，表示W(wǎng)ebsocket的連接狀態(tài)。
  1. CONNECTING — 正在連接中，對應的值為 0；
  2. OPEN — 已經(jīng)連接并且可以通訊，對應的值為 1；
  3. CLOSING — 連接正在關閉，對應的值為 2；
  4. CLOSED — 連接已關閉或者沒有連接成功，對應的值為 3。
• bufferedAmount：未發(fā)送至服務器的字節(jié)數(shù)，只讀屬性。已被 send() 放入正在隊列中等待傳輸，但是還沒有發(fā)出的 UTF-8 文本字節(jié)數(shù)。
• binaryType：使用二進制的數(shù)據(jù)類型連接，可以是 “blob” 或 “arraybuffer”。
• extensions：服務器選擇的通信擴展。
• protocol：打開握手期間使用的協(xié)議（服務器選擇的子協(xié)議）。
• url: webSocket 的絕對路徑。

4）websocket請求報文

// websocket握手：客戶端發(fā)送的請求頭
GET wss://www.example.cn/webSocket HTTP/1.1  // 使用的https協(xié)議, 對應的wss請求
Host: www.example.cn
Connection: Upgrade  // 帶upgrade頭的http1.1消息必須含有connection頭，表示任何接受此消息的人都在轉發(fā)此消息之前處理掉connection中指定的域（即不轉發(fā)upgrade域）
Upgrade: websocket  				// 定義轉換協(xié)議的header域，如果服務器支持，客戶端希望使用已經(jīng)建立好的http（tcp）連接
Sec-WebSocket-Version: 13 	// 客戶端支持的WebSocket協(xié)議的版本列表
Origin: http://example.cn 	// Origin為安全使用，防止跨站攻擊，瀏覽器一般會使用這個來標識原始域，類似于Referer。但與Referer 不同的是，Origin 只包含了協(xié)議和主機名稱
Sec-WebSocket-Key: afmbhhBRQuwCLmnWDRWHxw== // 客戶端隨機生成的字符串，服務器會使用此字段組裝成另一個key值（構造出一個SHA-1 的信息摘要）放在握手返回信息里，用于客戶端到服務器websocket的初始握手，避免夸協(xié)議攻擊
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat 		// 首標，告訴客戶端應用程序可使用的協(xié)議
Sec-WebSocket-Extensions: permessage-deflate // 首標，permessage-deflate：協(xié)商使用傳輸數(shù)據(jù)壓縮，client_max_window_bits：擦采用LZ77壓縮算法時，滑動窗口相關SIZE大小

// websocket握手：服務器發(fā)出的響應頭
HTTP/1.1 101 // 服務端響應101狀態(tài)碼、Upgrade和Sec-WebSocket-Accept首標才算連接成功，否則不能連接成功。
Server: nginx/1.12.2
Date: Sat, 11 Aug 2018 13:21:27 GMT
Connection: upgrade // 指定一項或多項協(xié)議名，按優(yōu)先級排序，以逗號分隔，這里表示升級為 WebSocket 協(xié)議
Upgrade: websocket
Sec-WebSocket-Accept: sLMyWetYOwus23qJyUD/fa1hztc= // 根據(jù)Sec-WebSocket-Key加上特殊字符串，計算SHA-1摘要，再進行 Base64編碼協(xié)議生成（可盡量避免普通HTTP請求被誤認為WebSocket協(xié)議）
Sec-WebSocket-Protocol: chat
Sec-WebSocket-Extensions: permessage-deflate;client_max_window_bits=15

5）websocket連接生命周期

6）簡單應用示例

<template>
  <div>
    <input type="text" :value="inputVal" />
    <button @click="handleSend">send</button>
  </div>
</template>

<script setup lang="ts">
import { ref } from "vue";
  
const inputVal = ref("");

const handleSend = () => {
  socket.send(inputVal.value);
};

// 創(chuàng)建WebSocket對象，并指定服務器的地址
const socket = new WebSocket("ws://82.157.123.54:9010/ajaxchattest");

// 與服務器建立連接：發(fā)送消息到服務器
socket.onopen = () => {
  console.log("connect: ");
};
// 收到服務器發(fā)送的消息：event處理服務器返回的數(shù)據(jù)
socket.onmessage = (event) => {
  console.log("receive: ", event.data);
};
// 連接或通信過程中發(fā)生錯誤
socket.onerror = (event) => {
  console.log("errror: ", event.error);
};
// 與服務器斷開連接
socket.onclose = (event) => {
  console.log("close: ", event.code);
};
</script>

六、websocket心跳機制

1、作用：使 WebSocket 連接保持長連接，避免斷開連接的情況發(fā)生。同時，心跳機制也可以檢查WebSocket連接的狀態(tài)，及時處理異常情況。還可以減少WebSocket連接及服務器資源的消耗。

2、原理：是利用心跳包及時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，保證WebSocket長連接不被斷開。

3、詳細流程：

• 客戶端建立WebSocket連接。
• 客戶端向服務器發(fā)送心跳數(shù)據(jù)包（心跳包是指在一定時間間隔內，WebSocket發(fā)送的空數(shù)據(jù)包），服務器接收并返回一個表示接收到心跳數(shù)據(jù)包的響應。
• 當服務器沒有及時接收到客戶端發(fā)送的心跳數(shù)據(jù)包時，服務器會發(fā)送一個關閉連接的請求。
• 服務器定時向客戶端發(fā)送心跳數(shù)據(jù)包，客戶端接收并返回一個表示接收到心跳數(shù)據(jù)包的響應。
• 當客戶端沒有及時接收到服務器發(fā)送的心跳數(shù)據(jù)包時，客戶端會重新連接WebSocket

4、實現(xiàn)方式

• 使用setInterval定時發(fā)送心跳包。對服務器造成很大的壓力，因為即使WebSocket連接正常，也要定時發(fā)送心跳包，從而消耗服務器資源。
• 在前端監(jiān)聽到WebSocket的onclose()事件時，重新創(chuàng)建WebSocket連接。減輕了服務器的負擔，但是在重連時可能會丟失一些數(shù)據(jù)。

5、WebSocket重連

重連意思就是在WebSocket斷開之后重新建立連接，這里指由于異常斷開需要重新連接。

常用實現(xiàn)方法有下：

• 1）前端監(jiān)聽WebSocket的onclose()事件，重新創(chuàng)建WebSocket連接。
• 2）使用WebSocket插件或庫，例如Sockjs、Stompjs等。
• 3）使用心跳機制檢測WebSocket連接狀態(tài)，自動重連。
• 4）使用斷線重連插件或庫，例如ReconnectingWebSocket等。

6、通過WebSocket心跳機制，實現(xiàn)重連

思路： 在建立長連接的時候開啟心跳 > 通過和服務端發(fā)送信息，得到服務端給返回的信息，然后重置心跳 > 清除時間，再重新開啟心跳。（如果網(wǎng)絡斷開的話，會執(zhí)行方法，重新連接）

<template>
	<div>
		<input type="text" :value="inputVal" />
  		<button @click="handleSend">send</button>
	</div>
</template>

<script setup lang="ts">
import { ref } from "vue";

const inputVal = ref("");

let ws: any = null; // websocket實例
let isConnect: Boolean = false; // 連接標識 避免重復連接
let reciveCode: any = null; // 斷線重連后，延遲5秒重新創(chuàng)建WebSocket連接，reciveCode用來存儲延遲請求的代碼
let timeoutObj: any = null; // 延時發(fā)送消息對象（啟動心跳時新建這個對象，收到消息后重置這個對象）

// websocket重連
const reConnect = () => {
  // 如果已經(jīng)連上就不在重連了
  if (isConnect) {
    return;
  }
  clearTimeout(reciveCode);
  // 延遲5秒重連 避免過多次過頻繁請求重連
  reciveCode = setTimeout(() => {
    newWebSocket();
  }, 5000);
};

// 創(chuàng)建并初始化websocket實例
const newWebSocket = () => {
  // 判斷當前環(huán)境是否支持Websocket
  if (window.WebSocket) {
    if (!ws) {
      // 創(chuàng)建WebSocket對象，并指定服務器的地址
      ws = new WebSocket("ws://82.157.123.54:9010/ajaxchattest");
    }
    // 與服務器建立連接
    ws.onopen = () => {
      console.log("connect: ");
      isConnect = true;
      // 5分鐘發(fā)一次心跳，比server端設置的連接時間稍微小一點，在接近斷開的情況下以通信的方式去重置連接時間。
      timeoutObj = setTimeout(() => {
        if (isConnect) ws.send(inputVal.value);
      }, 300000);
    };
    // 收到服務器發(fā)送的消息
    ws.onmessage = (event: any) => {
      console.log("receive: ", event, event.data);
      clearTimeout(timeoutObj);
    };
    // 連接或通信過程中發(fā)生錯誤
    ws.onerror = (event: any) => {
      console.log("errror: ", event.error);
      isConnect = false; //連接錯誤 需要重連
      reConnect();
    };
    // 與服務器斷開連接
    ws.onclose = (event: any) => {
      console.log("close: ", event.code);
      isConnect = false;
      // 連接錯誤 需要重連
      reConnect();
    };
  } else {
    console.log("當前瀏覽器不支持websocket");
  }
};

const handleSend = () => {
  newWebSocket();
  if (ws.readyState === ws.OPEN) {
    // ws開啟狀態(tài)
    ws.send(inputVal.value);
  } else if (ws.readyState === ws.CONNECTING) {
    // 正在開啟狀態(tài)，則等待1s后重新調用
    setTimeout(function () {
      handleSend();
    }, 1000);
  } else {
    // 若未開啟 ，則等待1s后重新調用
    setTimeout(function () {
      handleSend();
    }, 1000);
  }
};
</script>

總結

以上為個人經(jīng)驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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