WebSocket 是一種用于實(shí)現(xiàn)持久連接的通信協(xié)議，它的原理和工作方式相對(duì)復(fù)雜，但我們可以嘗試以盡可能簡(jiǎn)單和清晰的方式來(lái)解釋它。

WebSocket 的原理

在理解 WebSocket 的工作原理之前，我們首先要了解 HTTP 協(xié)議的短連接性質(zhì)。在傳統(tǒng)的 HTTP 通信中，客戶(hù)端發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求到服務(wù)器，服務(wù)器響應(yīng)后就關(guān)閉連接，這導(dǎo)致了每個(gè)請(qǐng)求都需要建立和關(guān)閉連接，而這些連接的建立和關(guān)閉會(huì)消耗網(wǎng)絡(luò)資源和時(shí)間。

WebSocket 的原理是在 HTTP 協(xié)議上建立一種全雙工的通信方式，使得客戶(hù)端和服務(wù)器之間可以建立一次連接，然后保持這個(gè)連接的開(kāi)放狀態(tài)，而不需要在每次通信后關(guān)閉連接。這種持久連接使得服務(wù)器可以主動(dòng)向客戶(hù)端推送數(shù)據(jù)，而不需要等待客戶(hù)端的請(qǐng)求。

WebSocket 的工作過(guò)程

下面是 WebSocket 的工作過(guò)程，包括握手階段和通信階段：

握手階段：

• 客戶(hù)端發(fā)起一個(gè) HTTP 請(qǐng)求，請(qǐng)求升級(jí)到 WebSocket 協(xié)議。這個(gè)請(qǐng)求包含了一些特殊的頭信息，表明客戶(hù)端希望建立 WebSocket 連接。
• 服務(wù)器收到這個(gè)請(qǐng)求后，會(huì)進(jìn)行升級(jí)協(xié)議的操作，如果支持 WebSocket，它將回復(fù)一個(gè) HTTP 101 狀態(tài)碼，表示成功升級(jí)到 WebSocket 協(xié)議。
• 一旦協(xié)議升級(jí)完成，客戶(hù)端和服務(wù)器之間的連接就變成了全雙工，保持開(kāi)放狀態(tài)，可以雙向通信。

通信階段：

• 客戶(hù)端和服務(wù)器可以互相發(fā)送消息，這些消息都是以幀（frames）的形式進(jìn)行傳輸，而不是傳統(tǒng)的 HTTP 請(qǐng)求和響應(yīng)。
• 服務(wù)器可以主動(dòng)向客戶(hù)端推送消息，而客戶(hù)端也可以主動(dòng)向服務(wù)器發(fā)送消息。這種雙向通信在實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用中非常有用，比如在線聊天、股票市場(chǎng)數(shù)據(jù)推送等。

關(guān)閉連接：

• 當(dāng)雙方中的一方?jīng)Q定關(guān)閉連接時(shí)，它會(huì)發(fā)送一個(gè)關(guān)閉幀，通知另一方關(guān)閉連接。
• 另一方收到關(guān)閉幀后，也會(huì)回復(fù)一個(gè)關(guān)閉幀，然后雙方都關(guān)閉連接。

為什么 WebSocket 可以實(shí)現(xiàn)持久連接？

WebSocket 可以實(shí)現(xiàn)持久連接的原因有以下幾點(diǎn)：

協(xié)議支持：WebSocket 是一種專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)持久連接的協(xié)議，與傳統(tǒng)的 HTTP 不同。HTTP 是一種請(qǐng)求-響應(yīng)協(xié)議，每次請(qǐng)求后都會(huì)關(guān)閉連接。WebSocket 則建立在一次握手之后，保持連接開(kāi)放狀態(tài)，允許雙向通信。

資源節(jié)約：傳統(tǒng)的 HTTP 建立和關(guān)閉連接會(huì)消耗網(wǎng)絡(luò)資源和時(shí)間。WebSocket 的持久連接避免了這種開(kāi)銷(xiāo)，因此更適用于實(shí)時(shí)通信的場(chǎng)景。

實(shí)時(shí)性：在某些應(yīng)用中，特別是需要實(shí)時(shí)性的應(yīng)用，WebSocket 的持久連接允許服務(wù)器主動(dòng)向客戶(hù)端推送數(shù)據(jù)，而不需要等待客戶(hù)端的請(qǐng)求。這對(duì)于在線聊天、實(shí)時(shí)游戲、股票市場(chǎng)數(shù)據(jù)等應(yīng)用非常重要。

WebSocket 的示例代碼

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的 WebSocket 示例，使用 Node.js 來(lái)創(chuàng)建一個(gè) WebSocket 服務(wù)器和一個(gè) WebSocket 客戶(hù)端：

WebSocket 服務(wù)器示例（Node.js）：

const WebSocket = require('ws');

const wss = new WebSocket.Server({ port: 8080 });

wss.on('connection', (ws) => {
  console.log('Client connected');

  ws.on('message', (message) => {
    console.log(`Received: ${message}`);
    ws.send(`You sent: ${message}`);
  });

  ws.on('close', () => {
    console.log('Client disconnected');
  });
});

WebSocket 客戶(hù)端示例（Node.js）：

const WebSocket = require('ws');

const ws = new WebSocket('ws://localhost:8080');

ws.on('open', () => {
  console.log('Connected to server');
  ws.send('Hello, server!');
});

ws.on('message', (message) => {
  console.log(`Received from server: ${message}`);
});

ws.on('close', () => {
  console.log('Disconnected from server');
});

在這個(gè)示例中，服務(wù)器和客戶(hù)端都使用了 Node.js 的 ws 模塊來(lái)創(chuàng)建 WebSocket 連接。服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)在端口 8080 上，當(dāng)客戶(hù)端連接時(shí)，會(huì)在服務(wù)器端和客戶(hù)端之間建立雙向通信。服務(wù)器接收來(lái)自客戶(hù)端的消息，然后將消息返回給客戶(hù)端。

這個(gè)示例展示了 WebSocket 的簡(jiǎn)單用法，但它可以用作更復(fù)雜的實(shí)時(shí)通信應(yīng)用的基礎(chǔ)。WebSocket 的持久連接特性使其成為實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用的理想選擇，如在線聊天、實(shí)時(shí)游戲、數(shù)據(jù)監(jiān)控等。