使用Springboot开发websocket程序(一)——什么是websocket

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在互联网飞速发展的当代,浏览器和服务器之间的实时通信已经越来越重要,传统的HTTP协议难以解决实时通信的需求。因此,由HTML5定义的websocket协议应运而生。这里我将用三篇文章来介绍websocket,并使用Springboot开发一个web聊天室的程序,其中会使用原生websocket协议开发,也会单独来介绍使用STOMP协议来开发。

在本篇,我们先看看什么是websocket。

诞生背景

由于HTTP是无状态的协议,采用请求响应模型,服务端是不能主动推送信息给客户端的,只能由客户端发起请求,然后再由服务端进行响应。如果服务端数据有变化,必须通过客户端来获取,服务端是不能主动推送的。要解决实时交换数据的需求,一般的做法是通过轮询(还有http long pull和streaming两种方案,参见这篇博文)来获得服务端最新信息,即:客户端(浏览器)每隔一段时间(比如1秒)向服务端发起请求,以获取最新的数据。

我们知道,HTTP是一种无状态协议,客户端请求然后服务端响应,则会断开TCP连接。因此,使用轮询的弊端是,客户端不断与服务端建立连接、断开连接,效率非常低下,且非常消耗服务器资源,并且也不是真正意义上的实时。

因此,我们需要一种技术,能够让服务端主动推送数据给客户端,而且消耗资源很少,效率更高。

什么是websocket

WebSocket是一种在 单个TCP连接上进行全双工通信的协议,2008诞生,在2011年被IETF定为标准 RFC6455,并由 RFC7936补充规范。WebSocket API也被W3C定为标准,目前各大主流浏览器都已经支持WebSocket。

WebSocket使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单,允许服务端主动向客户端推送数据,这些数据通常包括两种:文本和二进制。在WebSocket API中,浏览器和服务器只需要完成一次握手,两者之间就直接可以创建持久性的连接,并进行双向数据传输。

客户端与服务器的握手

WebSocket基于Http协议来完成握手(Handshake)阶段,在该阶段,客户端需要将服务端请求协议升级,由原来的HTTP协议升级为WebSocket协议,如果服务端能够支持WebSocket,则会告诉客户端升级成功。之后,双方就建立了一条快速通道,可以互相进行数据交互,后续通信就采用WebSocket协议来完成。

图1 websocket与http的区别(图片来源于网络)

我们来简单看一下websocket与服务端的握手过程。WebSocket请求头跟HTTP请求头类似,只是添加了一些特殊的头标签,一个握手请求的头信息如下:

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

可以看到,websocket在握手阶段,采用的仍然是HTTP协议,但是请求添加了一些websocket特有的信息:

  • Upgrade: websocket:就是在请求服务端升级通信协议为WebSocket
  • Sec-WebSocket-Key:浏览器随机生成的一个base64的加密字符串,服务器用它来进行校验请求是来自websocket客户端
  • Sec-WebSocket-Protocol: 告诉服务器不直接使用websocket,而是使用websocket协议的子协议,例如后文将要介绍的STOMP就是websocket协议的子协议来通信
  • Sec-WebSocket-Version: 使用websocket协议的版本号

请求发送到服务器,如果服务器也支持websocket则升级成功,并响应如下头信息:

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

这里,websocket握手完成服务器则会响应101状态码,至此,HTTP协议服务就已经结束,后续通信就采用websocket了。

websocket的应用场景

浏览器需要与服务端进行实时数据交换时,都可以使用websocket协议。最常见的如视频直播网站,都有聊天室和弹幕功能,巨大的数据量,如果使用HTTP,交过可想而知。另外,网页游戏开发、也包括一些电商类网站的秒杀、团购等等场景,都会用到websocket。

websocket备选方案

目前,各大浏览器都已经支持websocket,如果仍要兼容老版本的浏览器,或者某些代理服务对websocket协议有一些限制,又或者由于连接保持打开时间过长而被浏览器强制断开,导致出现问题,该怎么办呢?

这时,我们可以使用一些备选方案,比如通过js库来模拟浏览器的websocket api,Spring就提供了对SocketJS协议的支持。

SocketJS

websocket诞生后,解决浏览器和服务端实时数据交换就有三种方案:websocket、streaming、long polling,如果浏览器支持websocket,我们完全没必要使用后两者了。SocketJS主在解决浏览器不支持websocket时,自动切换其他两种方案来尽可能的模拟websocket的效果,而不需要更改任何代码。相当于做了一个适配层,在不同的浏览器之间都可以使用类似websocket的效果。

SocketJS的组成:

  • 定义的SockJS protocol
  • SockJS JavaScript client:SocketJS客户端
  • SockJS服务端实现,例如Spring的spring-websocket模块已经支持socketjs
  • 此外,spring-websocket也提供了SocketJS Java Client

SocketJS与服务器的连接时,SocketJS客户端先向服务端发送GET /info的HTTP请求,来获取服务端信息,然后决定使用哪种数据传输方案(transport),如果支持websocket,则首选websocket,否则,使用streaming,如果还不支持则选择long polling。

关于SocketJS协议,可以看官方文档:https://github.com/sockjs/sockjs-protocol

总结

WebSocket是HTML5定义的浏览器与服务器实时通信的协议,它基于HTTP协议来完成与服务器的握手。目前,主流浏览器都已经支持websocket,如果浏览器不支持,也可以使用SocketJS来模拟websocket的API。WebSocket已经被广泛应用在网页游戏、视频直播、电商等等场景。

相关阅读:

使用Springboot开发websocket程序(中)——基于原生websocket的web聊天室

使用Springboot开发websocket程序(下)——基于子协议STOMP的web聊天室


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后一篇:使用Springboot开发websocket程序(二)——基于原生websocket的web聊天室

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belonk

轻轻地我走了,正如我轻轻地来,我挥一挥衣袖,不带走一片云彩