WebSocket协议深入理解

1.WebSocket和HTTP的关系WebSocket只有在建立握手连接的时候借用了HTTP协议的头，连接成功后的通信部分都是基于TCP的连接。总体来说，WebSocket协议是HTTP协议的升级版。
2.研究WebSocket的思路服务器端自己实现WebSocket非常复杂。我们虽然不求能够完全自己实现，但是还是应该了解一下后端实现WebSocket的整体思路。WebSocket的实现主要分为两个部分：建立连接(握手)和数据传输。下面对这两个过程分别进行分析。
3.建立连接(1)客户端发送请求WebSocket协议的实现首先需要客户端和服务器进行握手连接。首先客户端向服务器发送请求，请求报文中的重点内容如下：GET /chat HTTP/1.1Upgrade: websocketConnection: UpgradeSec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==从GET处可以看出，这是一个基于HTTP的请求。接下来的Upgrade字段和Connection字段完成了对HTTP协议的升级(HTTP Upgrade Request)。Upgrade字段通知服务器，现在要使用一个升级版协议——websocket。接下来是Sec-WebSocket-Key字段，这个字段是一串生成的BASE64加密的密钥，它被一同发送到服务器端。此外还有诸如Sec-WebSocket-Version、Sec-WebSocket-Protocol等字段，由于是可选字符，对WebSocket协议的实质影响不大，同时为了文章更简洁更容易理解，先不进行介绍。(2)服务器端进行处理服务器收到客户端请求后要进行响应。首先服务器需要处理客户端传递过来的Sec-WebSocket-Key。服务器端有一个全局唯一标识符GUID，这个是固定的。服务器端将客户端传来的字符串和服务器端的GUID拼接到一起后进行SHA1处理，再进行一次BASE64加密，准备将其返回客户端。(3)服务器端返回响应服务器端处理完成后，将给客户端返回响应报文，重要部分如下：HTTP/1.1 101 Switching ProtocolsUpgrade: websocketConnection: UpgradeSec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=第一行再次表明此次连接的建立是以HTTP协议为基础的。同时返回了101状态码。101状态码是switching protocols，表示服务器已经理解了客户端的请求，并将通过Upgrade子段通知客户端采用WebSocket协议来完成这个请求。那么协议是什么时候升级到WebSocket的呢？当发送完这个响应最后的空行后，服务器就会切换到Upgrade消息头定义的WebSocket协议。至此完成了从HTTP协议升级的WebSocket协议的过程。同时需要注意，如果返回的状态码不是101，就表示握手升级的过程失败了。中间两行就不用说了，最后一行Sec-WebSocket-Accept返回的就是服务器端处理后的字符串。只有返回了这个字符串才表明握手成功了，返回其他的字符串都表示握手失败。4.数据传输WebSocket的数据帧格式如下：
这里需要对数据帧进行一个解析，需要返回一个由键值对组成对象，这里先不对解析数据帧的方法进行解析。这个对象就是解析后的数据帧，里面有各个字段以及对应的值。对每个字段的含义如下：FIN      表示信息的最后一帧，flag，也就是标记符RSV 1-3  以后备用的，默认都为 0Opcode   帧类型Mask     掩码，表示是否加密数据，默认必须置为1 （这里很蛋疼）Payload  数据的长度Masking-key   掩码Payload data  数据Extension data   扩展数据Application data 程序数据将数据帧解析之后，生成的就是上面各个字段加其对应的值。这里面的重点部分是Opcode和Payload data字段。Opcode表示帧类型，每次用户代理接收到数据包时，都要先对Opcode进行判断。Opcode的状态值及其对应含义列表如下： 0        Continuation Frame                 1        Text Frame                         2        Binary Frame                       8        Connection Close Frame             9        Ping Frame                         10      Pong Frame                       判断了Opcode后，根据Opcode的具体状态，决定如何对PayLoad data的数据进行解析，从而进行数据传输。