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社区首页 >专栏 >一遍就能读懂的WebSocket协议详解

一遍就能读懂的WebSocket协议详解

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用户6297767
发布2023-12-14 13:02:04
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发布2023-12-14 13:02:04
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什么是WebSocket协议

概念

用一句话解释一下:

WebSocket协议是一种基于TCP的网络协议,用于在客户端和服务器之间建立持久连接,实现全双工通信,它允许服务器主动向客户端推送数据,同时也允许客户端向服务器发送数据。

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WebSocket协议的特点

1. 较低的开销:

WebSocket使用更少的头部信息和保持连接的机制,减少了数据传输的开销。

2. 实时性:

WebSocket提供了实时的、双向的通信机制,可以立即将数据从服务器推送到客户端,实现即时更新。

3. 更好的性能:

WebSocket通过减少每次连接的握手次数和数据包的开销,提高了通信的效率和性能。

4. 跨域支持:

WebSocket协议可以跨域使用,允许不同源的客户端与服务器进行通信。

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image (1).png

WebSocket和Http协议的异同

  1. 连接方式不同: HTTP协议采用请求-响应模式,每次请求需要建立一个新的连接;而WebSocket协议通过一次握手后,建立起持久连接,可以实现双向通信。
  2. 支持的数据类型不同: HTTP协议只能传输文本和二进制数据,而WebSocket协议支持传输任意类型的数据。
  3. 头部信息不同: HTTP协议的头部信息较多,包含请求方法、请求头等;WebSocket协议的头部信息相对简洁,只包含必要的信息。
  4. 状态码不同: HTTP协议有大量的状态码,表示服务器处理请求的结果;WebSocket协议仅有几个状态码,主要用于表示连接状态和关闭原因。
  5. 安全性不同: HTTP协议的通信是明文的,容易被窃听和篡改;WebSocket协议可以使用SSL/TLS协议进行加密,提高了通信的安全性。
  6. 数据帧格式不同: WebSocket协议的数据帧格式与HTTP协议的数据包格式不同。WebSocket协议的每个数据帧都包含一个头部和数据部分,头部包含标识数据类型、数据长度等信息;而HTTP协议的请求和响应数据包则包含请求行、请求头和请求体等部分。
  7. 通信方式不同: HTTP协议是一种请求-响应式的协议,客户端发送请求,服务器返回响应;而WebSocket协议是一种全双工通信协议,客户端和服务器可以同时发送和接收数据。
  8. 适用场景不同: HTTP协议主要用于浏览器与Web服务器之间的通信,常用于请求Web页面、图片、音频、视频等资源;而WebSocket协议主要用于实现实时通信、在线游戏、远程控制等场景。
  9. 跨域支持不同: 在跨域访问方面,HTTP协议需要使用JSONP、CORS等机制来进行跨域操作;而WebSocket协议可以直接跨域使用,不需要额外的跨域处理。

websocket是如何和服务端进行连接的

  1. 客户端发送 HTTP 请求建立连接:客户端通过发送一个 HTTP 请求给服务器来建立 WebSocket 连接。请求头中包含了一些特殊的字段,如 Upgrade 和 Connection 字段,告诉服务器它希望升级到 WebSocket 连接。
  2. 服务器响应握手请求:服务器收到客户端发送的握手请求后,会进行相应的处理并返回一个 HTTP 响应。响应头中同样包含了一些特殊的字段,如 Upgrade 和 Connection 字段,以及一个 Sec-WebSocket-Accept 字段,用于验证请求的合法性。
  3. WebSocket 连接建立成功:客户端收到服务器返回的响应后,会验证响应的合法性。如果验证通过,表示 WebSocket 连接已经成功建立。
  4. 双向通信:一旦 WebSocket 连接建立成功,客户端和服务器就可以通过该连接进行双向通信了。客户端可以发送消息给服务器,服务器也可以发送消息给客户端,实现真正的双向通信。
  5. 连接关闭:当客户端或服务器决定关闭连接时,可以发送一个特殊的消息,通知对方关闭连接。双方收到关闭消息后,会相应地关闭连接。

需要注意的是,WebSocket 是一种持久化的协议,一旦连接建立成功,它会保持长时间的连接状态,不会像传统的 HTTP 请求那样频繁地建立和关闭连接。这种长连接的特性使得 WebSocket 协议在实时通信场景下具有较好的性能优势。

WebSocket协议详解

构造函数

我们可以使用websocket的构造函数来创建一个websocket对象 WebSocket() 构造函器会返回一个 [WebSocket] 对象。

代码语言:javascript
复制
let ws =new WebSocket('ws://localhost:8080')

WebSocket()参数:

  • url:要连接的 URL;这应该是 WebSocket 服务器将响应的 URL。
  • protocols 可选: 一个协议字符串或者一个包含协议字符串的数组。这些字符串用于指定子协议,这样单个服务器可以实现多个 WebSocket 子协议(例如,你可能希望一台服务器能够根据指定的协议(protocol)处理不同类型的交互)。如果不指定协议字符串,则假定为空字符串。
image.png
image.png

常量

WebSocket.CONNECTING

0

WebSocket.OPEN

1

WebSocket.CLOSING

2

WebSocket.CLOSED

3

主要表示websocket生命周期的状态码

属性

点击Websocket的原型展开就可以看到websocket的所有属性和方法了

  • [WebSocket.binaryType] 使用二进制的数据类型连接。
  • [WebSocket.bufferedAmount] 只读:未发送至服务器的字节数。
  • [WebSocket.extensions] 只读:服务器选择的扩展
  • [WebSocket.onclose] 用于指定连接关闭后的回调函数。
  • [WebSocket.onerror] 用于指定连接失败后的回调函数。
  • [WebSocket.onmessage] 用于指定当从服务器接收到信息时的回调函数。
  • [WebSocket.onopen] 用于指定连接成功后的回调函数。
  • [WebSocket.protocol] 只读:服务器选择的下属协议。
  • [WebSocket.readyState] 只读:当前的链接状态。
  • [WebSocket.url] 只读:WebSocket 的绝对路径。

方法

websocket主要有两个方法:

  • close:关闭当前链接 WebSocket.close();
    • [code] 可选: 一个数字状态码,它解释了连接关闭的原因。如果没有传这个参数,默认使用 1005。[CloseEvent] 的允许的状态码见状态码列表
    • [reason] 可选:一个人类可读的字符串,它解释了连接关闭的原因。这个 UTF-8 编码的字符串不能超过 123 个字节。
  • send: WebSocket.send() 方法将需要通过 WebSocket 链接传输至服务器的数据排入队列,并根据所需要传输的 data bytes 的大小来增加 bufferedAmount的值。若数据无法传输(例如数据需要缓存而缓冲区已满)时,套接字会自行关闭。
    • 参数data:用于传输至服务器的数据。它必须是以下类型之一:
      • [USVString] :文本字符串。字符串将以 UTF-8 格式添加到缓冲区,并且 bufferedAmount 将加上该字符串以 UTF-8 格式编码时的字节数的值。
      • [ArrayBuffer] 你可以使用一有类型的数组对象发送底层二进制数据;其二进制数据内存将被缓存于缓冲区,bufferedAmount 将加上所需字节数的值。
      • [Blob] Blob 类型将队列 blob 中的原始数据以二进制中传输。 bufferedAmount 将加上原始数据的字节数的值。
      • [ArrayBufferView] 你可以以二进制帧的形式发送任何 JavaScript 类数组对象 其二进制数据内容将被队列于缓冲区中。值 bufferedAmount 将加上必要字节数的值。

事件

如上面所讲,websocket有一些方法在连接的过程中自动触发 使用 addEventListener() 或将一个事件监听器赋值给本接口的 oneventname 属性,来监听下面的事件。

  • [close] 当一个 WebSocket 连接被关闭时触发。 也可以通过 [onclose] 属性来设置。
  • [error] 当一个 WebSocket 连接因错误而关闭时触发,例如无法发送数据时。 也可以通过 [onerror] 属性来设置。
  • [message] 当通过 WebSocket 收到数据时触发。 也可以通过 [onmessage] 属性来设置。
  • [open] 当一个 WebSocket 连接成功时触发。 也可以通过 [onopen] 属性来设置。

如何使用Websocket协议

  • 创建websocket对象
代码语言:javascript
复制
let ws = new WebSocket("ws://localhost:9090");
  • 调用open方法
代码语言:javascript
复制
ws.onopen = function () {
    console.log("链接成功");
    
};
  • 调用onmessage,接收数据
代码语言:javascript
复制
ws.onmessage = function (data) {
    console.log('接受服务端数据', data)
        ws.send('hello world')

};
  • 调用send方法,向服务端发送数据 ws.send('hello world')
  • 在断开连接的方法中处理错误或者重连
代码语言:javascript
复制
ws.onclose = function (e) {
    console.log('连接已经关闭')
}
ws.onerror = function (e) {
    console.log('连接发生错误')
}

自己动手封装WebSocket的常用方法功能

代码语言:javascript
复制
export default class WebSocketClient {
    /**
     * 创建一个WebSocket客户端对象。
     *
     * @param {string} url - WebSocket服务器的URL。
     */
    constructor(url) {
        this.url = url; // 保存WebSocket服务器的URL
        this.websocket = null; // WebSocket连接对象
        this.reconnectAttempts = 0; // 重连尝试次数
        this.maxReconnectAttempts = 10; // 最大重连次数
        this.messageHandlers = {}; // 消息处理器
        this.eventHandlers = {}; // 事件处理器
        this.timeoutIds = {}; // 超时定时器ID
    }

    /**
     * 连接WebSocket服务器。
     */
    connect(type, data) {
        this.websocket = new WebSocket(this.url); // 创建WebSocket连接
        this.websocket.binaryType = 'arraybuffer'; // 设置二进制数据类型为ArrayBuffer
        this.websocket.onopen = () => {
            console.log('Websocket connection established.'); // WebSocket连接建立成功
            this.reconnectAttempts = 0; // 重连尝试次数重置
            this.dispatchEvent('open', data); // 分发打开事件
        };
        this.websocket.onmessage = event => {
            const message = event.data instanceof ArrayBuffer ? event.data : JSON.parse(event.data); // 解析收到的消息
            if (message.id && this.timeoutIds[message.id]) { // 收到响应消息时清除超时定时器
                clearTimeout(this.timeoutIds[message.id]);
                delete this.timeoutIds[message.id];
            }
            if (message.type && this.messageHandlers[message.type]) {
                for (let handler of this.messageHandlers[message.type]) {
                    handler(message); // 处理收到的消息
                }
            }
            this.dispatchEvent('message', message); // 分发消息事件
        };
        this.websocket.onerror = error => {
            console.error('Websocket error:', error); // WebSocket错误处理
            this.dispatchEvent('error', error); // 分发错误事件
        };
        this.websocket.onclose = (type, data) => {
            console.log('Websocket connection closed.'); // WebSocket连接关闭
            if (this.reconnectAttempts < this.maxReconnectAttempts) {
                setTimeout(() => {
                    this.connect(); // 重新连接
                    this.reconnectAttempts++;
                }, 2000);
            } else {
                console.error(`Websocket connection failed after ${this.maxReconnectAttempts} attempts.`); // 达到最大重连次数后仍未成功连接
                this.dispatchEvent('close', data); // 分发关闭事件
            }
        };
    }

    /**
     * 发送一个WebSocket消息。
     *
     * @param {object|ArrayBuffer} message - 要发送的消息,可以是JavaScript对象或ArrayBuffer。
     * @param {number} timeout - 超时时间(毫秒),如果在指定时间内没有收到响应,则调用超时处理函数。
     * @param {function} timeoutHandler - 超时处理函数,接收一个参数:要发送的消息对象。
     */
    send(message, timeout, timeoutHandler) {
        if (this.websocket.readyState === WebSocket.OPEN) {
            if (message instanceof ArrayBuffer) {
                this.websocket.send(message); // 发送二进制消息
            } else {
                const messageId = Math.random().toString(36).substr(2, 8); // 生成随机消息ID
                const messageWithId = Object.assign({}, message, {id: messageId}); // 添加消息ID字段
                const data = JSON.stringify(messageWithId); // 将消息对象转换为JSON字符串
                this.websocket.send(data); // 发送消息
                if (timeout) {
                    this.timeoutIds[messageId] = setTimeout(() => {
                        console.warn(`WebSocket request ${messageId} timed out.`); // 超时警告
                        delete this.timeoutIds[messageId]; // 清除超时定时器ID
                        timeoutHandler && timeoutHandler(message); // 调用超时处理函数
                    }, timeout);
                }
            }
        } else {
            console.error('Websocket connection not open, message not sent:', message); // WebSocket连接未打开时无法发送消息
        }
    }

    /**
     * 添加一个WebSocket消息处理器。
     *
     * @param {string} type - 消息类型。
     * @param {function} handler - 处理函数,接收一个参数:消息对象或ArrayBuffer。
     */
    addMessageHandler(type, handler) {
        if (!this.messageHandlers[type]) {
            this.messageHandlers[type] = []; // 若不存在该类型的消息处理器,则初始化为空数组
        }
        this.messageHandlers[type].push(handler); // 添加消息处理函数
    }

    /**
     * 移除一个WebSocket消息处理器。
     *
     * @param {string} type - 消息类型。
     * @param {function} handler - 处理函数。
     */
    removeMessageHandler(type, handler) {
        if (this.messageHandlers[type]) {
            const index = this.messageHandlers[type].indexOf(handler); // 查找处理函数在数组中的索引
            if (index !== -1) {
                this.messageHandlers[type].splice(index, 1); // 移除处理函数
            }
        }
    }

    /**
     * 添加一个WebSocket事件处理器。
     *
     * @param {string} type - 事件类型。
     * @param {function} handler - 处理函数,接收一个参数:事件数据。
     */
    addEventHandler(type, handler) {
        if (!this.eventHandlers[type]) {
            this.eventHandlers[type] = []; // 若不存在该类型的事件处理器,则初始化为空数组
        }
        this.eventHandlers[type].push(handler); // 添加事件处理函数
    }

    /**
     * 移除一个WebSocket事件处理器。
     *
     * @param {string} type - 事件类型。
     * @param {function} handler - 处理函数。
     */
    removeEventHandler(type, handler) {
        if (this.eventHandlers[type]) {
            const index = this.eventHandlers[type].indexOf(handler); // 查找处理函数在数组中的索引
            if (index !== -1) {
                this.eventHandlers[type].splice(index, 1); // 移除处理函数
            }
        }
    }

    /**
     * 分发 WebSocket 事件。
     *
     * @param {string} type - 事件类型。
     * @param {any} data - 事件数据。
     */
    dispatchEvent(type, data) {
        if (this.eventHandlers[type]) {
            for (let handler of this.eventHandlers[type]) {
                handler(data); // 调用事件处理函数
            }
        }
    }
    
/**
 * 发送心跳消息。
 */
sendHeartbeat() {
    const message = { type: 'heartbeat' }; // 心跳消息内容
    const intervalId = setInterval(() => {
        this.send(message,5,(e)=>{
            console.log(e)}); // 发送心跳消息
    }, 1000);
    this.addEventHandler('close', () => {
        clearInterval(intervalId); // 关闭 WebSocket 连接时清除定时器
    });
}
 
}

我封装的是一个基于原生 JavaScript 的 WebSocket 客户端类的实现。这个类提供了一些方法和事件处理器,可以用于连接 WebSocket 服务器、发送消息、处理接收到的消息和处理 WebSocket 相关的事件。

在这段代码中,WebSocketClient 类有以下主要成员:

  • constructor(url):构造函数,接收 WebSocket 服务器的 URL,并初始化一些属性,如 WebSocket 连接对象、重连尝试次数等。
  • connect(type, data):连接 WebSocket 服务器的方法,内部创建 WebSocket 连接,并设置连接建立、消息接收、错误和关闭等事件的处理函数。在连接关闭后,会根据重连尝试次数进行重连。
  • send(message, timeout, timeoutHandler):发送 WebSocket 消息的方法,可以发送 JavaScript 对象或 ArrayBuffer 类型的消息,并支持设置超时时间和超时处理函数。
  • addMessageHandler(type, handler) 和 removeMessageHandler(type, handler):添加和移除消息处理器的方法,用于处理特定类型的消息。
  • addEventHandler(type, handler) 和 removeEventHandler(type, handler):添加和移除事件处理器的方法,用于处理特定类型的事件。
  • dispatchEvent(type, data):分发 WebSocket 事件的方法,用于触发相应类型的事件处理器。

这个类封装了 WebSocket 的连接、消息发送和事件处理的逻辑,使得使用者可以更方便地操作 WebSocket 连接,并且支持自定义消息处理和事件处理逻辑。

有哪些好用的客户端WebSocket第三方库

  1. Socket.io-clientSocket.io 是一个流行的实时通信库,它提供了客户端 JavaScript 库,可用于在浏览器中与 Socket.io 服务器建立 WebSocket 连接。它支持自动重连、事件处理等功能,用于构建实时应用非常方便。
  2. ReconnectingWebSocket:ReconnectingWebSocket 是一个带有自动重连功能的 WebSocket 客户端库,可以很好地处理网络连接断开和重新连接的情况,适合用于浏览器端的 WebSocket 开发。
  3. SockJS-client:SockJS 提供了一个浏览器端的 JavaScript 客户端库,用于与 SockJS 服务器建立连接。它可以在不支持 WebSocket 的浏览器上自动降级到其他传输方式,具有良好的兼容性。
  4. RxJS WebSocketSubject:RxJS 是一个流式编程库,它提供了 WebSocketSubject 类,可以将 WebSocket 转换为可观察对象,方便进行响应式编程。
  5. autobahn.js:autobahn.js 是一个用于实现 WebSocket 和 WAMP(Web Application Messaging Protocol)的客户端库,在浏览器中可以方便地使用它来与 WAMP 路由进行通信。

这些库都提供了良好的接口封装和功能特性,可以根据项目需求选择适合的库来进行浏览器端的 WebSocket 开发。

总结

WebSocket 协议是一种基于 TCP 的应用层协议,它提供了在客户端和服务器之间进行双向通信的能力。相比传统的 HTTP 协议,它具有更低的延迟和更高的实时性。

WebSocket 协议通过建立一条持久化的连接来实现双向通信,从而避免了 HTTP 协议中频繁建立和断开连接的过程,减少了网络开销和服务器的负担。客户端可以发送消息给服务器,服务器也可以发送消息给客户端,实现了真正的双向通信。

在使用 WebSocket 协议时,客户端和服务器会进行一次握手过程,以建立起 WebSocket 连接。握手过程中,客户端会发送一个 HTTP 请求,请求头中包含 Upgrade 和 Connection 字段,告诉服务器它希望升级到 WebSocket 连接。服务器收到请求后会返回一个 HTTP 响应,响应头中包含 Upgrade 和 Connection 字段,以及一个 Sec-WebSocket-Accept 字段,用于验证请求的合法性。握手成功后,客户端和服务器就可以开始使用 WebSocket 协议进行通信了。

WebSocket 协议支持二进制数据和文本数据的传输,开发者可以根据实际需求进行选择。同时,WebSocket 还提供了心跳机制、自动重连等功能,可以提高连接的稳定性和可靠性。

总之,WebSocket 协议在实时通信、游戏、在线聊天等场景中得到了广泛应用,它为 Web 应用提供了更加高效、可靠的双向通信方式。

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原始发表:2023-12-14,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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目录
  • 什么是WebSocket协议
    • 概念
      • WebSocket协议的特点
        • 1. 较低的开销:
        • 2. 实时性:
        • 3. 更好的性能:
        • 4. 跨域支持:
        • 构造函数
        • 常量
        • 属性
        • 方法
        • 事件
    • WebSocket和Http协议的异同
    • websocket是如何和服务端进行连接的
    • WebSocket协议详解
    • 如何使用Websocket协议
    • 自己动手封装WebSocket的常用方法功能
    • 有哪些好用的客户端WebSocket第三方库
    • 总结
    领券
    问题归档专栏文章快讯文章归档关键词归档开发者手册归档开发者手册 Section 归档