websocket如何区分用户_WebSocket与普通Socket的差异

1.背景

1.1.WebSocket与普通Socket的差异

Socket

简单理解：Socket = IP地址 + 端口 + 协议。

具体来说，Socket是一套标准，它完成了对TCP/IP的高度封装，屏蔽网络细节以方便开发者更好地进行网络编程。Socket有自己的原语。

WebSocket

WebSocket是一个持久化的协议，它是伴随HTTP5而出的协议，用来解决http不支持持久化连接的问题。

总之，WebSocket和Socket其实是两个东西，Socket一个是网编编程的标准接口，而WebSocket是应用层通信协议。

但是，说WebSocket与Socket的差异更多说的是：WebSocket与HTTP无状态被动协议的差异，或者说是WebSocket与Ajax轮询和long poll等实现实时信息传输方式的差异，这也是本文需要讨论的问题。

1.2.http的非持久性

http的生命周期通过Request来界定，在HTTP1.0中一个Request一个Response，这次HTTP请求就结束了。

HTTP1.1进行了改进，通过使用一个keep-alive，在一个HTTP连接中，可以发送多个Request，接收多个Response，但其实本质上还是一个Request只能有一个Response，并且Reponse是被动的，不能主动发起。

2.WebSocket原理

2.1.WebSocket握手

首先，虽然WebSocket是随着http5出的协议，但是WebSocket和http协议没什么关系，两者关系如下所示：

两者有交集，但不存在包含关系。

WebSocket借用了HTTP协议来完成一部分握手。

首先，我们来看个典型的Websocket握手

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13
Origin: http://example.com

熟悉HTTP的童鞋可能发现了，这段类似HTTP协议的握手请求中，多了几个东西。

我会顺便讲解下作用。

新增1：

Upgrade: websocket
Connection: Upgrade

这个就是Websocket的核心了，告诉Apache、Nginx等服务器，这是Websocket协议，而不是http，快点帮我找到对应的助理处理一下。

新增2：

Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13

Sec-WebSocket-Key 是一个Base64 encode的值，这个是浏览器随机生成的，用来验证服务器是不是真的是Websocket助理。
Sec_WebSocket-Protocol 是一个用户定义的字符串，用来区分同URL下，不同的服务所需要的协议。简单理解：今晚我要服务A，别搞错啦~
Sec-WebSocket-Version 是告诉服务器所使用的Websocket Draft（协议版本），在最初的时候，Websocket协议还在 Draft 阶段，各种奇奇怪怪的协议都有，而且还有很多期奇奇怪怪不同的东西，什么Firefox和Chrome用的不是一个版本之类的，当初Websocket协议太多可是一个大难题。。不过现在还好，已经定下来啦~大家都使用的一个东西~ 服务员，我要的是13岁的噢→_→

然后服务器会返回下列东西，表示已经接受到请求，成功建立Websocket啦！

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=
Sec-WebSocket-Protocol: chat

这里开始就是HTTP最后负责的区域了，告诉客户，我已经成功切换协议啦~

Upgrade: websocket
Connection: Upgrade

首先Upgrade何Connection字段依然是固定的，告诉客户端即将升级的是Websocket协议，而不是mozillasocket，lurnarsocket或者shitsocket。

然后，Sec-WebSocket-Accept 这个则是经过服务器确认，并且加密过后的 Sec-WebSocket-Key。服务器：好啦好啦，知道啦，给你看我的ID CARD来证明行了吧。。

后面的，Sec-WebSocket-Protocol 则是表示最终使用的协议。

至此，HTTP已经完成它所有工作了，接下来就是完全按照Websocket协议进行了。

2.2.ajax轮询与long poll的被动性

在讲Websocket之前，我就顺带着讲下 long poll 和 ajax轮询的原理。虽然这两种方式也可以实现实时信息传递，但他们都存在一个共同的问题，基于http协议。

ajax轮询

ajax轮询的原理非常简单，让浏览器隔个几秒就发送一次请求，询问服务器是否有新信息。

场景再现：

客户端：啦啦啦，有没有新信息(Request)

服务端：没有（Response）

客户端：啦啦啦，有没有新信息(Request)

服务端：没有。。（Response）

客户端：啦啦啦，有没有新信息(Request)

服务端：你好烦啊，没有啊。。（Response）

客户端：啦啦啦，有没有新消息（Request）

服务端：好啦好啦，有啦给你。（Response）

客户端：啦啦啦，有没有新消息（Request）

服务端：。。。。。没。。。。没。。。没有（Response）

long poll

long poll 其实原理跟 ajax轮询差不多，都是采用轮询的方式，不过采取的是阻塞模型（一直打电话，没收到就不挂电话），也就是说，客户端发起连接后，如果没消息，就一直不返回Response给客户端。直到有消息才返回，返回完之后，客户端再次建立连接，周而复始。

场景再现

客户端：啦啦啦，有没有新信息，没有的话就等有了才返回给我吧（Request）

服务端：额。。等待到有消息的时候。。来给你（Response）

客户端：啦啦啦，有没有新信息，没有的话就等有了才返回给我吧（Request） -

loop

从上面可以看出其实这两种方式，都是在不断地建立HTTP连接，然后等待服务端处理，可以体现HTTP协议的另外一个特点，被动性。

何为被动性呢，其实就是，服务端不能主动联系客户端，只能有客户端发起。

简单地说就是，服务器是一个很懒的冰箱，不会、不能主动发起连接，但是上司有命令，如果有客户来，不管多么累都要好好接待。

说完这个，我们再来说一说上面的缺陷

从上面很容易看出来，不管怎么样，上面这两种都是非常消耗资源的。

ajax轮询需要服务器有很快的处理速度和资源。（速度）

long poll 需要有很高的并发，也就是说同时接待客户的能力。（场地大小）

所以ajax轮询和long poll 都有可能发生这种情况。

客户端：啦啦啦啦，有新信息么？

服务端：月线正忙，请稍后再试（503 Server Unavailable）

客户端：。。。。好吧，啦啦啦，有新信息么？

服务端：月线正忙，请稍后再试（503 Server Unavailable）

客户端：

然后服务端在一旁忙的要死：冰箱，我要更多的冰箱！更多。。更多。。

2.3.WebSocket协议

通过上面这个例子，我们可以看出，这两种方式都不是最好的方式，需要很多资源。

HTTP还是一个无状态协议。Websocket出现了。他解决了HTTP的这几个难题。简单来说就是WebSocket只需一次HTTP请求、服务端主动推送消息。

当服务器完成协议升级后（HTTP->Websocket），服务端就可以主动推送信息给客户端啦。

所以上面的情景可以做如下修改。

客户端：啦啦啦，我要建立Websocket协议，需要的服务：chat，Websocket协议版本：17（HTTP Request）

服务端：ok，确认，已升级为Websocket协议（HTTP Protocols Switched）

客户端：麻烦你有信息的时候推送给我噢。。

服务端：ok，有的时候会告诉你的。

服务端：balabalabalabala

服务端：哈哈哈哈哈啊哈哈哈哈

服务端：笑死我了哈哈哈哈哈哈哈

就变成了这样，只需要经过一次HTTP请求，就可以做到源源不断的信息传送了。

在程序设计中，这种设计叫做回调，即：你有信息了再来通知我，而不是我傻乎乎的每次跑来问你。

这样的协议解决了上面同步有延迟，而且还非常消耗资源的这种情况。

那么为什么他会解决服务器上消耗资源的问题呢？

答案还是从WebSocket机制来回答：一次请求，持久连接，无需反复鉴别用户，服务端主动PUSH

首先，我们得了解WebSocket请求过程，我们所用的程序是要经过两层代理的，即HTTP协议在Nginx等服务器的解析下，然后再传送给相应的Handler（PHP等）来处理。

简单地说，我们有一个非常快速的接线员（Nginx），他负责把问题转交给相应的客服（Handler）。

本身接线员基本上速度是足够的，但是每次都卡在客服（Handler）了，老有客服处理速度太慢。，导致客服不够。

Websocket就解决了这样一个难题，建立后，可以直接跟接线员建立持久连接，有信息的时候客服想办法通知接线员，然后接线员再统一转交给客户。

这样就可以解决客服处理速度过慢的问题了。

其次，在传统的方式上，要不断的建立，关闭HTTP协议，由于HTTP是无状态性的，每次都要重新传输identity info（鉴别信息），来告诉服务端你是谁。

虽然接线员很快速，但是每次都要听这么一堆，效率也会有所下降的，同时还得不断把这些信息转交给客服，不但浪费客服的处理时间，而且还会在网路传输中消耗过多的流量/时间。

但是Websocket只需要一次HTTP握手，所以说整个通讯过程是建立在一次连接/状态中，也就避免了HTTP的无状态性，服务端会一直知道你的信息，直到你关闭请求，这样就解决了接线员要反复解析HTTP协议，还要查看identity info的信息。

同时由客户主动询问，转换为服务器（推送）有信息的时候就发送（当然客户端还是等主动发送信息过来的），没有信息的时候就交给接线员（Nginx），不需要占用本身速度就慢的客服（Handler）了。

总结

HTTP协议是被动的无状态协议，一个Request对应一个Response，每次Request，客户端都需要重复带上用于鉴别客户端身份的信息到服务端，且服务端无法主动推送消息给客户端。针对HTTP这种效率低、响应不及时、浪费通信带宽和服务端资源的情况，WebSocket应运而生，WebSocket采用一次请求，持久连接方式解决了反复校验客户端身份问题，服务端建立连接后可以主动推送消息给客户端，因此通信效率大大增加，同时也节约了客户端、服务端和网络资源。

以上。