WebSocket 实现数据实时推送原理

WebSocket 实现数据实时推送的核心机制在于其全双工通信能力和持久的连接特性。以下是其工作原理的详细步骤：

1. 握手阶段（HTTP 升级协议）

客户端发起请求：通过发送一个带有特殊头部的 HTTP 请求，请求协议升级。
```
GET /chat HTTP/1.1
Host: example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Sec-WebSocket-Version: 13
```
- Upgrade: websocket 和 Connection: Upgrade 表示希望升级到 WebSocket 协议。
- Sec-WebSocket-Key 是客户端生成的随机 Base64 编码密钥，用于握手验证。
服务器响应确认：若服务器支持 WebSocket，返回 101 Switching Protocols 状态码。
```
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
```
- Sec-WebSocket-Accept 是服务器对客户端密钥处理后的响应值，通过固定算法生成，确保握手有效性。

2. 建立持久全双工连接

完成握手后，TCP 连接保持打开，客户端和服务器直接通过该通道交换数据，无需重复握手。
全双工特性：双方可同时发送和接收数据，互不阻塞，实现实时双向通信。

3. 数据传输（WebSocket 帧）

数据分帧传输：所有数据以帧（Frame）形式传递，帧结构包含：
- 操作码（Opcode）：标识数据类型（如文本 0x1、二进制 0x2、控制帧如 ping/pong）。
- 掩码（Mask）：客户端发送的数据必须掩码处理，防止缓存攻击。
- 负载长度：指示数据内容的长度。

示例帧结构：

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)     |             (16/64)           |
|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 ...                |
+---------------------------------------------------------------+