详解HTTP：有了HTTP，为何需要WebSocket?

在日常生活中，HTTP 常用于请求数据。例如，当你打开一个天气预报网站时，浏览器会发送一个 HTTP 请求到服务器，请求当前的天气数据，服务器返回响应，浏览器解析并显示这些数据。

但是，当涉及到需要服务器主动推送消息的场景时，HTTP 就显得力不从心了。比如，当你在使用一个在线聊天应用时，HTTP 不能高效地实现实时消息推送。如果使用 HTTP 来实现这个功能，你的浏览器需要不断地发送请求去询问服务器是否有新消息（这叫做轮询）。这不仅会增加网络流量和服务器负担，还会导致消息传递的延迟，影响用户体验。

相比之下，WebSocket 就非常适合这种场景。它允许服务器和客户端之间建立一个持久连接，服务器可以实时地将新消息推送给客户端，而客户端也可以随时向服务器发送消息。这就避免了 HTTP 轮询的缺点，实现了高效的实时通信。

HTTP 的局限性

1. 客户端主动请求

HTTP 协议是一个请求-响应模式，客户端发起请求，服务器返回响应。服务器不会主动向客户端发送数据，必须等待客户端的请求。这种模式对于静态页面或者数据不频繁变化的场景非常合适，但对于需要实时数据更新的场景，如在线游戏、实时聊天等，就显得效率低下。

2. 定时轮询与长轮询

为了在用户无操作的情况下实现数据更新，前端可以采用定时轮询或者长轮询：

定时轮询：前端定时发起 HTTP 请求，服务器返回当前数据状态。虽然实现简单，但频繁的 HTTP 请求会消耗带宽并增加服务器负担，同时可能导致明显的延迟。
长轮询：前端发起一个超时较长的 HTTP 请求，服务器在有数据更新时才返回响应。如果超时则重新发起请求。这减少了请求次数，提高了响应速度，但仍然是客户端主动发起请求的方式。

尽管这些方法在一定程度上缓解了 HTTP 的局限性，但本质上仍是客户端主动请求，不适合需要频繁数据更新的场景。

WebSocket 的优势

1. 全双工通信

WebSocket 是基于 TCP 的新协议，支持全双工通信，允许客户端和服务器同时发送和接收数据。这与 HTTP 的半双工通信（单向请求-响应）有本质区别。全双工通信使得 WebSocket 特别适合需要频繁数据交换的应用场景。

2. 高效的数据传输

WebSocket 连接建立后，数据以帧（frame）的形式在客户端和服务器之间传输。WebSocket 数据帧格式中包含操作码（opcode）和负载数据（payload），这使得数据传输更加高效。相比于 HTTP 每次请求都包含完整的头部信息，WebSocket 减少了传输开销，提升了传输效率。

3. 持久连接

WebSocket 连接一旦建立，保持连接状态直到显式关闭。相比 HTTP 每次请求都需要重新建立连接，WebSocket 的持久连接大大减少了连接建立和关闭的开销，适合需要长时间数据传输的场景。

WebSocket 的应用场景

1. 实时通信

WebSocket 广泛应用于实时聊天应用、实时协作工具（如飞书、Slack 等），确保消息能够实时传递和接收，提升用户体验。

2. 在线游戏

在网页游戏中，服务器需要频繁向客户端推送游戏状态更新，例如怪物的移动、攻击等。使用 WebSocket，可以保证这些数据及时传输，确保游戏流畅运行。

3. 实时数据更新

金融交易平台、体育赛事直播等场景，需要实时更新数据，WebSocket 提供了一个高效的解决方案，能够迅速推送最新数据到客户端。

WebSocket 与 HTTP 的关系

WebSocket 与 HTTP 虽然同样基于 TCP，但两者是不同的协议。WebSocket 在连接建立时，使用 HTTP 发起协议升级请求（Connection: Upgrade 和 Upgrade: WebSocket），服务器响应 101 Switching Protocols 状态码完成协议升级。升级完成后，WebSocket 与 HTTP 便没有关系了，之后的通信完全使用 WebSocket 协议。

这种协议升级机制使得 WebSocket 能够兼容现有的 HTTP 基础设施，并且能够利用浏览器对 HTTP 协议的支持，实现无缝切换。