WebSocket详解：从前端到后端的全栈理解

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前言

随着互联网技术的发展，传统的HTTP协议在某些场景下的局限性逐渐显现，特别是在需要服务器主动向客户端推送数据的实时应用场景中。为了克服这些局限，WebSocket协议应运而生，它为Web应用提供了全双工通信的能力，即服务器和客户端可以同时发送数据，无需等待对方的响应。本文将详细介绍WebSocket的工作原理及其在前后端的应用。

一、WebSocket简介

WebSocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议。它允许服务端主动向客户端推送数据，与传统的HTTP请求/响应模式不同，WebSocket一旦建立连接，就可以进行双向数据传输，极大地提高了通信效率。WebSocket协议在2011年被IETF标准化为RFC 6455，随后又被RFC 7936补充规范。

二、WebSocket的特点

• 全双工通信：服务器和客户端可以同时发送数据
• 持久连接：一旦建立连接，除非一方主动断开，否则连接将一直保持
• 轻量级：相比HTTP，WebSocket的数据传输更加高效，头部信息更小
• 支持多种数据类型：不仅可以发送文本数据，还可以发送二进制数据
• 跨域通信：没有同源策略的限制，客户端可以与任意服务器通信
• 安全性：支持加密连接，使用wss协议 (类似于https)

三、WebSocket的工作原理

WebSocket协议的连接建立过程基于HTTP协议。首先，客户端通过发送一个特殊的HTTP请求来请求建立WebSocket连接。这个请求中包含了一些特殊的头信息，如Upgrade: websocket和Connection: Upgrade，表明客户端希望将当前连接升级为WebSocket连接。服务器收到请求后，会检查这些头信息，并通过特定的响应头来确认连接的升级。一旦连接建立，后续的数据传输将不再遵循HTTP协议，而是使用WebSocket协议。

3.1 握手过程

• 客户端请求GET /chat HTTP/1.1Host: example.comUpgrade: websocketConnection: UpgradeSec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==Sec-WebSocket-Version: 13
• 服务器响应HTTP/1.1 101 Switching ProtocolsUpgrade: websocketConnection: UpgradeSec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=

3.2 数据传输

一旦握手成功，客户端和服务器就可以通过这个持久连接进行双向数据传输。WebSocket协议定义了两种类型的数据帧：文本帧（text frame）和二进制帧（binary frame）。每个帧都有一个固定格式，包括帧头和负载数据。

四、WebSocket在前端的应用

在前端，JavaScript提供了WebSocket API࿰