WebSocket的原理是什么

WebSocket的原理是什么，針對(duì)這個(gè)問題，這篇文章詳細(xì)介紹了相對(duì)應(yīng)的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個(gè)問題的小伙伴找到更簡單易行的方法。

讓客戶滿意是我們工作的目標(biāo)，不斷超越客戶的期望值來自于我們對(duì)這個(gè)行業(yè)的熱愛。我們立志把好的技術(shù)通過有效、簡單的方式提供給客戶，將通過不懈努力成為客戶在信息化領(lǐng)域值得信任、有價(jià)值的長期合作伙伴，公司提供的服務(wù)項(xiàng)目有：域名注冊(cè)、虛擬空間、營銷軟件、網(wǎng)站建設(shè)、奉賢網(wǎng)站維護(hù)、網(wǎng)站推廣。

概念和原理

WebSocket協(xié)議和HTTP協(xié)議一樣，都是在ISO七層模型的最頂層——應(yīng)用層。WebSocket允許服務(wù)器端主動(dòng)向客戶端推送數(shù)據(jù)。在WebSocket協(xié)議中，客戶端瀏覽器和服務(wù)器只需要完成一次握手就可以創(chuàng)建持久性的連接，并在瀏覽器和服務(wù)器之間進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)傳輸——全雙工通訊。

HTTP和WebSocket連接生命周期對(duì)比圖：

WebSocket協(xié)議是通過HTTP協(xié)議來建立傳輸層TCP連接的

web Socket請(qǐng)求頭字段：

通過Connection：upgrade和upgrade：websocket字段把http協(xié)議升級(jí)成websocket協(xié)議，所以在請(qǐng)求頭中的Connection和Upgrade表示客戶端發(fā)起的是WebSocket請(qǐng)求；

同時(shí)請(qǐng)求頭中還有Sec-WebSocket-Version字段表示客戶端所使用的協(xié)議版本號(hào)，服務(wù)器會(huì)確認(rèn)是否支持該版本號(hào)，如果支持了，服務(wù)端的響應(yīng)就沒有這個(gè)字段，如果不支持，響應(yīng)的字段中就會(huì)有這個(gè)字段，對(duì)應(yīng)的是服務(wù)端支持的版本號(hào)；

Sec-WebSocket-Key是一個(gè)Base64編碼值，由瀏覽器隨機(jī)生成，用于升級(jí)request，服務(wù)端拿到這個(gè)編碼值會(huì)把http協(xié)議升級(jí)成websocket協(xié)議

Sec-WebSocket-Extensions表示客戶端想表達(dá)的協(xié)議級(jí)的擴(kuò)展；

Web Socket響應(yīng)頭字段：

HTTP/1.1 101 Switching procotols是一個(gè)切換協(xié)議，WebSocket協(xié)議通過HTTP協(xié)議來建立傳輸層的TCP連接；

Connection和Upgrade，和請(qǐng)求字段一樣；

Sec-WebSocket-Accept: 表示服務(wù)器接受了客戶端的請(qǐng)求，由Sec-Websocket-Key計(jì)算得來的，**計(jì)算方式：**將請(qǐng)求頭中的Sec-WebSocket-Key和258EAFA5-E941-47DA-95CA-C5AB0DC85B11連接，然后進(jìn)行SHA-1取哈希值，會(huì)得到一個(gè)20位的結(jié)果，然后再把這個(gè)結(jié)果用base64編碼轉(zhuǎn)換；

優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

支持雙向通訊，實(shí)時(shí)性更強(qiáng)；

數(shù)據(jù)格式更輕量，性能開銷小，通訊高效；因?yàn)閔ttp協(xié)議每次都要攜帶完整的頭部，但是websocket在連接建立之后，從服務(wù)端到客戶端只需要攜帶2-10個(gè)字節(jié)的頭部，而從客戶端到服務(wù)端也只需要2-10個(gè)字節(jié)的頭部以及4個(gè)字節(jié)的掩碼；

支持?jǐn)U展，用戶可以擴(kuò)展協(xié)議或者實(shí)現(xiàn)自定義好的子協(xié)議（比如支持自定義壓縮算法等），美劇硅谷中的pied piper的壓縮算法應(yīng)用于直播技術(shù)

缺點(diǎn)：

少部分瀏覽器可能不支持，瀏覽器支持的程度與方式有區(qū)別；

長連接對(duì)后端業(yè)務(wù)的代碼穩(wěn)定性要求更高，后端推送功能相對(duì)復(fù)雜；

成熟的 HTTP生態(tài)下有大量的組件可以復(fù)用，WebSocket較少；

應(yīng)用場(chǎng)景：

即時(shí)聊天通訊，網(wǎng)站消息通知，

在線協(xié)同編輯，如騰訊文檔；

多玩家在線游戲，視頻彈幕，股票基金實(shí)時(shí)報(bào)價(jià)；

應(yīng)用

業(yè)務(wù)場(chǎng)景：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站私信功能

方式一、使用AJAX輪詢

分析這種方式：可以設(shè)置請(qǐng)求時(shí)間間隔特別短（如200ms），可以讓用戶基本感受不到延時(shí)，能夠完成功能，但是這樣做對(duì)網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器的浪費(fèi)都特別大，1. 大量的HTTP請(qǐng)求響應(yīng)，每次都要通過TCP三次握手建立連接然后再返回；2. 即便是沒有消息，也要進(jìn)行發(fā)送請(qǐng)求，后端Web服務(wù)器和WSGI服務(wù)器都要進(jìn)行處理，如果用戶量一大，這種方式的缺陷會(huì)非常明顯；

方式二、使用WebSocket建立連接

分析這種方式：只需要建立一次連接即可，并且前端可以向后端推送，后端也可以向前端推送，并且是有消息了才會(huì)推送，沒消息就不會(huì)推送，請(qǐng)求響應(yīng)的頭字節(jié)還小，優(yōu)勢(shì)非常明顯；

在django中應(yīng)用這種技術(shù)

需要考慮的問題：

如何區(qū)別路由HTTP請(qǐng)求和WebSocket請(qǐng)求

如何兼容django的認(rèn)證系統(tǒng)（因?yàn)樗叫趴隙ㄊ且卿浀模孕枰J(rèn)證）

如果接收和推送WebSocket消息

如何通過ORM保存和獲取數(shù)據(jù)

解決辦法：使用django-channels或則dwebsocket

django-channels

是什么：django-channels是一個(gè)位django提供異步擴(kuò)展的庫，通常主要用來提供WebSocket支持和后臺(tái)任務(wù)，因?yàn)閐jango是一個(gè)同步框架。

django同步框架圖：一個(gè)請(qǐng)求來了，django處理過程中用戶是需要等待的，重點(diǎn)是nginx會(huì)超時(shí)；

所以，為了避免nginx超時(shí)，或者用戶等待體驗(yàn)差，我們可以使用celery異步任務(wù)調(diào)度，把耗時(shí)的任務(wù)異步處理，讓django先給nginx和用戶返回一個(gè)結(jié)果。

等任務(wù)處理完了，django并不能主動(dòng)把結(jié)果推送出去，這時(shí)候就需要使用channels了。

channels原理：

請(qǐng)求流程圖：

從左向右，請(qǐng)求來了之后會(huì)按照類型分別訪問不同的方向。

channels的整體架構(gòu)

這個(gè)架構(gòu)圖中總共分成了三層：1. Interface Server是負(fù)責(zé)對(duì)協(xié)議進(jìn)行解析，將不同協(xié)議分發(fā)到不同的Channel；2. Channel Layer是第二層，有了第1層的解析，請(qǐng)求可以分為http請(qǐng)求和websocket請(qǐng)求，這時(shí)候就要在Channel Layer這個(gè)頻道層不同的隊(duì)列中，可以是一個(gè)FIFO隊(duì)列中進(jìn)行緩沖排隊(duì)，通常使用redis，不同的頻道有不同的接收者監(jiān)聽; 3.Consumer消費(fèi)者層，用來接收和處理頻道層的消息；

channels文件和配置含義

asgi.py 是介于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議服務(wù)和Python應(yīng)用之間的標(biāo)準(zhǔn)接口，能夠處理多種通用協(xié)議類型，包括HTTP、HTTP2和WebSocket；如果沒有websocket的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議項(xiàng)目部署只需要使用nginx+uWSGI+django就可以了，因?yàn)閡WSGI服務(wù)器能夠識(shí)別wsgi.py；但是如果有websocket的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通訊項(xiàng)目，在部署的時(shí)候則就要使用到符合asgi接口標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)，例如daphne；

channel_layers 需要在settings.py中配置，類似一個(gè)通道， 發(fā)送者（producer）在一端發(fā)送消息，消費(fèi)者（consumer）在另一端監(jiān)聽；

routings.py 相當(dāng)于django中的urls.py，把http路由寫在urls.py中，websocket請(qǐng)求寫在routings.py中，與總的urls.py同級(jí)；

consumers.py channels中的消費(fèi)者，相當(dāng)于django中的views.py，創(chuàng)建在每個(gè)app下；

WSGI和ASGI的區(qū)別

WSGI：Python Web Server Gateway Interface，為Python語言定義的Web服務(wù)器或框架之間的一種簡單而通用的接口；

ASGI：Asynchronous Server Gateway Interface， 異步網(wǎng)關(guān)服務(wù)接口，一個(gè)介于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議服務(wù)和Python應(yīng)用直接的接口，能夠處理多種通用的協(xié)議類型，如HTTP、HTTP2和WebSocket；

區(qū)別：WSGI是基于HTTP協(xié)議模式的，不支持WebSocket，而ASGI就是為了支持Python常用的WSGI所不支持的新的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，即ASGI是WSGI的擴(kuò)展，而且能夠通過asyncio異步運(yùn)行；ASGI還可以支持chat protocols， loT protocols物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議等等…

關(guān)于WebSocket的原理是什么問題的解答就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對(duì)大家有一定的幫助，如果你還有很多疑惑沒有解開，可以關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道了解更多相關(guān)知識(shí)。

文章題目：WebSocket的原理是什么
鏈接地址：http://bm7419.com/article30/pcgiso.html

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