WebSocket与HTTP和socket的区别和联系

一、WebSocket产生的背景

很多网站为了实现推送技术，所使用的技术都是轮询。所谓的轮询就是在特定的的时间间隔（如每1秒），由浏览器对服务器发出HTTP请求，然后由服务器返回最新的数据给客户端的浏览器。
这种传统的模式会带来很明显的缺点，即浏览器需要不断的向服务器发出请求，然而HTTP请求可能包含较长的头部，其中真正有效的数据可能只是很小的一部分，显然这样会浪费很多的带宽等资源。
而比较新的技术去做轮询的效果是Comet。这种技术虽然可以双向通信，但依然需要反复发出请求。而且在Comet中，普遍采用的长链接，也会消耗服务器资源。

在这种情况下，HTML5定义了WebSocket协议。
WebSocket协议使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单，即允许服务端主动向客户端推送数据。在WebSocket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。这种机制不仅可以更好的节省服务器资源和带宽，而且还能够更实时地进行通讯。

二、WebSocket与Socket的关系

首先对于Socket来讲，它本身并不是协议，而是为了方便TCP或UDP的使用而抽象出来的一层，是位于应用层和传输控制层之间的一组接口。通过这个Socket，我们才能使用TCP/IP协议。

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。Socket就相当于是对TCP/IP协议的封装。

WebSocket协议与Socket的联系
当两台主机通信时，必须通过Socket连接，Socket则利用TCP/IP协议建立TCP连接。TCP连接则更依靠于底层的IP协议，IP协议的连接则依赖于链路层等更低层次。

这里两台主机通信时使用的协议就有可能是WebSocket协议，也可能是HTTP协议。所以这里可以把WebSocket想象成HTTP协议，HTTP和Socket什么关系，WebSocket和Socket就是什么关系。

WebSocket协议与Socket的区别

WebSocket是一个应用层协议，Socket是传输控制层的一组接口。

三、WebSocket与HTTP的关系

相同点：

• 都是应用层协议；
• 都是一样基于TCP的，都是可靠性传输协议。

不同点：

• WebSocket是双向通信协议，可以双向同时发送或接受信息。而HTTP是单向的；

• WebSocket是需要浏览器和服务器握手进行建立连接的。而http是浏览器发起向服务器的连接，服务器预先并不知道这个连接。

WebSocket相比HTTP协议的优点：

• 1、较少的控制开销。相对于HTTP请求每次都要携带完整的头部，WebSocket协议在连接创建后，服务器和客户端之间交换数据时，用于协议控制的数据包头部相对较小。
• 2、更强的实时性。相对于HTTP请求需要等待客户端发起请求服务端才能响应来说，由于WebSocket协议是全双工的，所以服务器可以随时主动给客户端下发数据，延迟明显更少。即使是和Comet等类似的长轮询比较，WebSocket协议也能在短时间内更多次地传递数据。
• 3、保持连接状态。与HTTP不同的是，Websocket需要先创建连接，这就使得其成为一种有状态的协议，之后通信时可以省略部分状态信息。而HTTP请求可能需要在每个请求都携带状态信息（如身份认证等）。
• 4、更好的二进制支持。Websocket定义了二进制帧，相对HTTP，可以更轻松地处理二进制内容。
• 5、可以支持扩展。Websocket定义了扩展，用户可以扩展协议、实现部分自定义的子协议。如部分浏览器支持压缩等。
• 6、更好的压缩效果。相对于HTTP压缩，Websocket在适当的扩展支持下，可以沿用之前内容的上下文，在传递类似的数据时，可以显著地提高压缩率。

联系：
WebSocket在建立握手时，数据是通过HTTP传输的。但是建立之后，在真正传输时候是不需要HTTP协议的。

四、WebSocket协议详情

1、连接机制

首先在客户端，new一个WebSocket对象时候，要指定连接服务器的URL，通过指定URL就和服务器发生了连接。

值得注意的就是虽然URL的写法是ws://主机:端口号//请求路径，但是此时发送的其实是一个HTTP请求。服务器收到这个ws://开头的HTTP请求后，会返回一个101状态码的响应报文。并且在header头中加入一个upgrade的字段，表示协议要升级成websocket。

客户端发送数据格式类似：

GET http:127.0.0.1:8080/webfin/webSocketTest HTTP/1.1
Host: localhost
//下面两个字段就表示和服务器协商协议要升级为WebSocket
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: xqBt3ImNzJbYqRINxEFlkg==
Origin: 
http://localhost
:8080
Sec-WebSocket-Version: 13
http://localhost
:8080
Sec-WebSocket-Version: 13

有一点就是，要想顺利的升级成WebSocket，必须保证服务器和浏览器都支持WebSocket。

服务端收到报文后返回的数据格式类似：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: K7DJLdLooIwIG/MOpvWFB3y3FE8=

其中101的状态码意思是：

表示服务端接受 WebSocket 协议的客户端连接，经过这样的请求-响应处理后，客户端服务端的 WebSocket 连接握手成功, 后续就可以进行 TCP 通讯了。

所以WebSocket协议连接机制如下：

• 第一步：由浏览器、服务器建立TCP连接，三次握手。这是通信的基础，若失败后续都不执行；
• 第二步：TCP连接成功后，浏览器通过HTTP协议向服务器传送WebSocket支持的版本号等信息；
• 第三步：服务器收到客户端的握手请求后，同样采用HTTP协议回馈数据；
• 第四步：当收到了连接成功的消息后，通过TCP通道进行传输通信。

2、WebSocket协议小结

一句话来总结就是：Websocket协议是一个应用层协议，它解决了服务器与客户端全双工通信的问题。
主要目的就是：即时通讯，替换轮询。

注:什么是单工、半双工、全工通信？

• 信息只能单向传送为单工；
• 信息能双向传送但不能同时双向传送称为半双工；
• 信息能够同时双向传送则称为全双工。

追问：为什么HTTP协议不能像WebSocket协议那样实现全双工通信，不都是TCP发包嘛？
答：建立链接是需要消费资源的，HTTP协议不是设计个两三个人用的，而是给很多很多人用的。想一下，一台服务器要服务很多客户端，如果你不用时也连着我，这不是浪费我资源么。既然要服务很多人，就得用了就断开，这样才能服务更多人。