WebSocket科普

  WebSocket为何物？如果你现在还不太清楚请先到baidu百科一下。如果你实在懒得起搜索的话，下面帮你从网络上搜罗了些许有关WebSocket的信息。

  Baidu百科：http://baike.baidu.com/view/3623887.htm （下面摘录了些许内容，内容来自Baidu）

  WebSocket 规范的目标是在浏览器中实现和服务器端双向通信.双向通信可以拓展浏览器上的应用类型,例如实时的数据推送(股票行情),游戏,聊天/im 等.

  背景：目前在浏览器中通过http仅能实现单向的通信,comet可以一定程度上模拟双向通信,但效率较低,并需要服务器有较好的支持; flash中的socket和xmlsocket可以实现真正的双向通信,通过 flex ajax bridge,可以在javascript中使用这两项功能. 可以预见,如果websocket一旦在浏览器中得到实现,将会替代上面两项技术,得到广泛的使用.面对这种状况，HTML5定义了WebSocket协议，能更好的节省服务器资源和带宽并达到实时通讯。

原理：websocket规范由两部分组成,一部分是浏览器中的 websocket api, 由w3c 制订, 一部分是websocket 协议, 由ietf制订,目前是draft状态.websocket的协议比较简单, 客户端和普通的浏览器一样通过80或者443端口和服务器进行请求握手,服务器根据http header识别是否一个websocket请求,如果是,则将请求升级为一个websocket连接,握手成功后就进入双向长连接的数据传输阶段. websocket的数据传输是基于帧的方式: 0x00 表示数据开始, 0xff表示数据结束,数据以utf-8编码.

握手协议：

在实现websocket连线过程中，需要透过浏览器发出websocket连线请求，然后服务器发出回应，这个过程通常称为“握手” (handshaking)。

　　PS1:握手协议在后期的版本中，会标明版本编号，下面的例子属于早期的协定之一，对于新版的 chrome 和 Firefox 皆不适用。

　　PS2:后期的版本大多属于功能上的扩充，例如使用第7版的握手协议同样也适用于第8版的握手协议。

　　例子：

　　浏览器请求

　　GET /demo HTTP/1.1

　　Host: 你的网址.com

　　Connection: Upgrade

　　Sec-WebSocket-Key2: 12998 5 Y3 1 .P00

　　Sec-WebSocket-Protocol: sample

　　Upgrade: WebSocket

　　Sec-WebSocket-Key1: 4 @1 46546xW%0l 1 5

　　Origin: http://你的网址.com

　　^n:ds[4U

　　服务器回应

　　HTTP/1.1 101

　　WebSocket Protocol Handshake

　　Upgrade: WebSocket

　　Connection: Upgrade

　　Sec-WebSocket-Origin: http://你的网址.com

　　Sec-WebSocket-Location: ws://你的网址.com/demo

　　Sec-WebSocket-Protocol: sample

　　8jKS’y:G*Co,Wxa-

支持的浏览器

　　目前实现了websocket的浏览器：

　　

Chrome Supported in version 4+

Firefox Supported in version 4+

Internet Explorer Supported in version 10+

Opera Supported in version 10+

Safari Supported in version 5+

支持的服务器

　　在服务器端,也出现了一些实现websocket协议的项目:

　　jetty 7.0.1 包含了一个初步的实现

　　resin 包含有websocket 实现

　　pywebsocket, apache http server 扩展

　　apache tomcat 7.0.27 版本

　　websocket api在浏览器端的广泛实现似乎只是一个时间问题了, 值得注意的是目前服务器端没有标准的api, 各个实现都有自己的一套api, 并且jcp也没有类似的提案, 所以使用websocket开发服务器端有一定的风险.可能会被锁定在某个平台上或者将来被迫升级.

  Baidu百科对Websocket做了基本的介绍。WebSocket是html5的一部分，而html5标准还处于制定过程中。根据网上的信息得知到2014年底，HTML5才将成为一种完整的成品标准（来自 http://www.iteye.com/news/26113），W3C计划到2016年底发布后续版本HTML 5.1。而且 新的HTML 5.1将包含较少的技术，曾经包含在HTML 5之下的Web Workers 和WebSockets现在都将成为单独标准。可见websocket还处于一个快速发展变化的过程中。

  从WebSocket的协议的握手处理和数据传输格式的快速变化可窥其一斑。WebSocket协议握手处理和消息格式的变迁（来自网络：http://lchshu001.iteye.com/blog/1184428）

 

1.握手协议 
版本0--3中： 
握手通过请求头Sec-WebSocket-Key1 和 Sec-WebSocket-Key2 的值和 8 字节的请求实体，进行MD5加密，将加密结果，构造出一个16字节作为请求实体的内容返回。如下实例： 
------------------请求-------------------------------------------- 

GET /demo HTTP/1.1
Host: example.com
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key2: 12998 5 Y3 1  .P00
Sec-WebSocket-Protocol: sample
Upgrade: WebSocket
Sec-WebSocket-Key1: 4 @1  46546xW%0l 1 5
Origin: http://example.com
(\r\n)
^n:ds[4U

------------------响应-------------------------------------------- 

HTTP/1.1 101 WebSocket Protocol Handshake
Upgrade: WebSocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Location: ws://example.com/demo
Sec-WebSocket-Protocol: sample
(\r\n)
8jKS'y:G*Co,Wxa-

 

------------------------------------------------------------------ 

把第一个Key中的数字除以第一个Key的空白字符的数量，而第二个Key也是如此，这样得到两个整数，把每个整数写的四个字节里去，串为8个字节，然后和请求实体里面的8个字节串为16字节，将这16个字节进行MD5加密（如实例中的结果：8jKS'y:G*Co,Wxa-），得到一个16字节的数据作为响应实体的内容，返回给客户端，这样握手成功。 

在版本4之后，握手协议修改了： 
------------------请求-------------------------------------------- 

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Sec-WebSocket-Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
(\r\n)

------------------响应-------------------------------------------- 

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: me89jWimTRKTWwrS3aRrL53YZSo=
Sec-WebSocket-Nonce: AQIDBAUGBwgJCgsMDQ4PEC==
Sec-WebSocket-Protocol: chat

 

使用请求头的值 Sec-WebSocket-Key，该值是BASE-64编码（base64-encoded）的，我们不需要转码，加上一个魔幻字符串： "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11"，（结果：[dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11]）使用 SHA-1 加密，之后进行 BASE-64编码，将结果做为 Sec-WebSocket-Accept 头的值，返回给客户端。 
如果服务器端有 Sec-WebSocket-Nonce 头，表示要在Sec-WebSocket-Key 的值，和魔幻字符串之间加入该 Sec-WebSocket-Nonce 头的值，即“dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==AQIDBAUGBwgJCgsMDQ4PEC==258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11”，进行 SHA-1 加密，之后和前面的相同。完成握手协议。 

2.消息帧格式

在版本 0 中， 数据帧比较的简单。数据帧以 0x00 开头，以0xFF结尾，中间的数据以utf-8编码的字符就可以了。当然这个简单的格式只能用来传输字符串。无法传输字节流。所以 版本 1 就做了修改了，后面的版本绝大部分是兼容的。 
后面的这个帧结构就有点复杂了，如下所示（一行是4个字节,32 bit）： 

 0                   1                   2                   3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-------+-+-------------+-------------------------------+
|M|R|R|R| opcode|R| Payload len |    Extended payload length    |
|O|S|S|S|  (4)  |S|     (7)     |             (16/63)           |
|R|V|V|V|       |V|             |   (if payload len==126/127)   |
|E|1|2|3|       |4|             |                               |
+-+-+-+-+-------+-+-------------+ - - - - - - - - - - - - - - - +
|     Extended payload length continued, if payload len == 127  |
+ - - - - - - - - - - - - - - - +-------------------------------+
|                               |         Extension data        |
+-------------------------------+ - - - - - - - - - - - - - - - +
:                                                               :
+---------------------------------------------------------------+
:                       Application data                        :
+---------------------------------------------------------------+

[MORE] 表示一个数据通过多个帧进行传输， 如果是 0 表示后面还有数据帧，如果是 1 则表示是最后一个帧。 
[RSV1][RSV2][RSV3][RSV4] 未做定义暂时全为零。 
[opcode] 标识数据的格式，以及帧的控制，如：08标识数据内容是 文本，01标识：要求远端去关闭当前连接。 
[Payload len] 如果小于126 表示后面的数据长度是 [Payload len] 的值。（最大125byte） 
              等于 126 表示之后的16 bit位的数据值标识数据的长度。（最大65535byte） 
              等于 127 表示之后的64 bit位的数据值标识数据的长度。（一个有符号长整型的最大值） 
[Extension data]没有提及怎么使用。 
[Application data] 为应用提供的数据。 

版本7之后，添加了 MASK 的概念。相当于对数据加密。而且要求客户端必须是MASK的。 

 0                   1                   2                   3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-------+-+-------------+-------------------------------+
|F|R|R|R| opcode|M| Payload len |    Extended payload length    |
|I|S|S|S|  (4)  |A|     (7)     |             (16/63)           |
|N|V|V|V|       |S|             |   (if payload len==126/127)   |
| |1|2|3|       |K|             |                               |
+-+-+-+-+-------+-+-------------+ - - - - - - - - - - - - - - - +
|     Extended payload length continued, if payload len == 127  |
+ - - - - - - - - - - - - - - - +-------------------------------+
|                               |Masking-key, if MASK set to 1  |
+-------------------------------+-------------------------------+
| Masking-key (continued)       |          Payload Data         |
+-------------------------------- - - - - - - - - - - - - - - - +
:                     Payload Data continued ...                :
+ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - +
|                     Payload Data continued ...                |
+---------------------------------------------------------------+

 

[opcode]  01标识数据内容是 文本，08标识 ： 要求远端去关闭当前连接。 
[MASK]（即原先的RSV4）如果是 1 则数据是被 MASK 的。 
[Masking-key] 如果MASK为 1 则有4字节的 Masking-key，用于与传输的数据 [Payload Data] 进行异或运算，4byte（32bit）进行一次运算，不足四位从前往后对应，如只有三位，则只与[Masking-key]的前三位进行运算。 

 

3.关闭远端连接：
在版本 0 时：传两个字节 （0xff,0x00）; 
在版本 1--6 时：传三个字节 （0x80,0x01,0x00）; 
在版本 7--以上 时：传两个字节 （0x88,0x00）; 
经测试 只有 在版本 7--以上 时：传两个字节 （0x88,0x00）。

  以上 WebSocket握手协议处理，消息格式和关闭远端的变迁摘录自网络。

 

Websocket协议草案：http://tools.ietf.org/html/rfc6455 ；如果你对自己的E文有足够的信心，有足够的时间你可以去阅读翻译WebSocket协议。协议草案版本更新的很频繁。

 

尽管Websocket协议还处于一个快速进化发展的过程中，但我们不能等到他完全成熟之后再去学习使用他。因为移动互联网时代的道来，我们真的很需要他。

 

Html5支持的WebSocket AIP:(一下内容摘自：http://edu.cnzz.cn/Webmaster/Site/2/2012/0807/31898.html)

 

WebSocket 的js API是非常的简单：

见上图：ready state中定义的是socket的状态，分为connection、open、closing和closed四种状态，从字面上就可以区分出它们所代表的状态。

上图描述的是WebSocket的事件，分为onopen、onerror和onclose；

上图为消息的定义，主要是接收和发送消息。注意：可以发送二进制的数据。

以上个图的具体的含义就不再一一赘述，详细描述请参考：http://www.w3.org/TR/2012/WD-websockets-20120524/

PS：由于WebSocket API（截止到2012年7月）还是草案，API文档和上文所描述的会有所不同，请以官方文档为主，这也是我为什么不详细描述API中各个属性的原因。

另外一点需要提醒大家的是：在前端开发中，浏览器兼容是必不可少的，而WebSocket在主浏览器中的兼容还是不错的，火狐和Chrome不用说，最新版的支持非常不错，而且支持二进制数据的发送和接收。

下面给出一个html中的实例：（一下内容摘自：http://www.sztaixie.com/blackie/?p=123）

 

下面的代码片段是打开一个连接，为连接创建事件监听器，断开连接，消息时间，发送消息返回到服务器，关闭连接。

// 创建一个Socket实例
var socket = new WebSocket(‘ws://localhost:8080′); 

 

// 打开Socket
socket.onopen = function(event) {

// 发送一个初始化消息
socket.send(‘I am the client and I\’m listening!’);

// 监听消息
socket.onmessage = function(event) {
console.log(‘Client received a message’,event);
};

// 监听Socket的关闭
socket.onclose = function(event) {
console.log(‘Client notified socket has closed’,event);
};

// 关闭Socket….
//socket.close()
};

让我们来看看上面的初始化片段。参数为URL，ws表示WebSocket协议。onopen、onclose和onmessage方法把事件连接到Socket实例上。每个方法都提供了一个事件，以表示Socket的状态。

onmessage事件提供了一个data属性，它可以包含消息的Body部分。消息的Body部分必须是一个字符串，可以进行序列化/反序列化操作，以便传递更多的数据。

WebSocket的语法非常简单，使用WebSockets是难以置信的容易……除非客户端不支持WebSocket。

此文针对网络上的websocket资料进行了一些整理以方便将要学习研究Websocket的同学。