WebSocket原理分析
Web應用的通信過程通常是客戶端通過瀏覽器發出一個請求，服務器端接收請求後進行處理並返回結果給客戶端，客戶端瀏覽器將信息呈現。這種機制對於信息變化不是特別頻繁的應用可以良好支撐，但對於實時要求高、海量並發的應用來說顯得捉襟見肘，尤其在當前業界移動互聯網蓬勃發展的趨勢下，高並發與用戶實時響應是Web應用經常面臨的問題，比如金融證券的實時信息、Web導航應用中的地理位置獲取、社交網絡的實時消息推送等。
傳統的請求-響應模式的Web開發在處理此類業務場景時，通常采用實時通訊方案。比如常見的輪詢方案，其原理簡單易懂，就是客戶端以一定的時間間隔頻繁請求的方式向服務器發送請求，來保持客戶端和服務器端的數據同步。其問題也很明顯：當客戶端以固定頻率向服務器端發送請求時，服務器端的數據可能並沒有更新，帶來很多無謂請求，浪費帶寬，效率低下。
基於Flash，AdobeFlash通過自己的Socket實現完成數據交換，再利用Flash暴露出相應的接口給JavaScript調用，從而達到實時傳輸目的。此方式比輪詢要高效，且因為Flash安裝率高，應用場景廣泛。然而，移動互聯網終端上Flash的支持並不好：IOS系統中無法支持Flash，Android雖然支持Flash但實際的使用效果差強人意，且對移動設備的硬件配置要求較高。2012年Adobe官方宣布不再支持Android4.1+系統，宣告了Flash在移動終端上的死亡。
傳統的Web模式在處理高並發及實時性需求的時候，會遇到難以逾越的瓶頸，需要一種高效節能的雙向通信機制來保證數據的實時傳輸。在此背景下，基於HTML5規範的、有Web TCP
用戶可以查閱HTML5規範，熟悉新的HTML協議規範及WebSocket支持。
一、Websocket機制
以下簡要介紹一下WebSocket的原理及運行機制。
WebSocket是HTML5的一種新的協議。它實現了瀏覽器與服務器全雙工通信
- WebSocket是一種雙向通信協議。在建立連接後，WebSocket服務器端和客戶端都能主動向對方發送或接收數據，就像Socket一樣；
- WebSocket需要像TCP一樣，先建立連接，連接成功後才能相互通信
傳統HTTP客戶端與服務器請求響應模式如下圖所示：
WebSocket模式客戶端與服務器請求響應模式如下圖：
上圖對比可以看出，相對於傳統HTTP每次請求-應答都需要客戶端與服務端建立連接的模式，WebSocket是類似Socket的TCP長連接通訊模式。一旦WebSocket連接建立後，後續數據都以幀序列的形式傳輸。在客戶端斷開WebSocket連接或Server端中斷連接前，不需要客戶端和服務端重新發起連接請求。在海量並發及客戶端與服務器交互負載流量大的情況下，極大的節省了網絡帶寬資源的消耗，有明顯的性能優勢，且客戶端發送和接受消息是在同一個持久連接上發起，實時性優勢明顯。
相比HTTP長連接，WebSocket有以下特點：
- 是真正的全雙工方式，建立連接後客戶端與服務器端是完全平等的，可以互相主動請求。而HTTP長連接基於HTTP，是傳統的客戶端對服務器發起請求的模式。
- HTTP長連接中，每次數據交換除了真正的數據部分外，服務器和客戶端還要大量交換HTTP header，信息交換效率很低。Websocket協議通過第一個request建立了TCP連接之後，之後交換的數據都不需要發送 HTTP header就能交換數據，這顯然和原有的HTTP協議有區別所以它需要對服務器和客戶端都進行升級才能實現（主流瀏覽器都已支持HTML5）。此外還有 multiplexing、不同的URL可以復用同一個WebSocket連接等功能。這些都是HTTP長連接不能做到的。
下面再通過客戶端和服務端交互的報文對比WebSocket通訊與傳統HTTP的不同點：
在客戶端，new WebSocket實例化一個新的WebSocket客戶端對象，請求類似 ws://yourdomain:port/path 的服務端WebSocket URL，客戶端WebSocket對象會自動解析並識別為WebSocket請求，並連接服務端端口，執行雙方握手過程，客戶端發送數據格式類似：
GET /webfin/websocket/ HTTP/1.1
Host: localhost
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: xqBt3ImNzJbYqRINxEFlkg==
Origin: http://localhost:8080
Sec-WebSocket-Version: 13
可以看到，客戶端發起的WebSocket連接報文類似傳統HTTP報文，
Upgrade：websocket參數值表明這是WebSocket類型請求，
Sec-WebSocket-Key是WebSocket客戶端發送的一個 base64編碼的密文，要求服務端必須返回一個對應加密的Sec-WebSocket-Accept應答，否則客戶端會拋出Error during WebSocket handshake錯誤，並關閉連接。
服務端收到報文後返回的數據格式類似：
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: K7DJLdLooIwIG/MOpvWFB3y3FE8=
Sec-WebSocket-Accept的值是服務端采用與客戶端一致的密鑰計算出來後返回客戶端的，
HTTP/1.1 101 Switching Protocols表示服務端接受WebSocket協議的客戶端連接，
經過這樣的請求-響應處理後，兩端的WebSocket連接握手成功, 後續就可以進行TCP通訊了。
用戶可以查閱WebSocket協議棧了解WebSocket客戶端和服務端更詳細的交互數據格式。
在開發方面，WebSocket API 也十分簡單：只需要實例化 WebSocket，創建連接，然後服務端和客戶端就可以相互發送和響應消息。在WebSocket 實現及案例分析部分可以看到詳細的 WebSocket API 及代碼實現。
知乎有篇解釋，講的不錯：https://www.zhihu.com/question/20215561
WebSocket原理分析