WebSocket — 双向通讯的艺术

简要概述

WebSocket 代表着WebSocket通讯协议，提供了一条用于客户端和服务器间实现实时、双向、全双工通信的渠道。在WebSocket引入之前，网页应用的数据更新依赖于频繁的轮询，这种做法不仅效率低下，还带来了巨大的网络资源浪费。相比之下，WebSocket的出现为网页应用提供了一种更快、更简便和资源利用率更高的数据交换方式。

WebSocket主要特征包括：

• 互动性：支持从客户端到服务器端，也支持从服务器端到客户端的不间断数据流动。
• 即时更新：可以实现页面的即时更新而无需刷新。
• 低延迟：通过最小化网络流量和减少数据传输来提高性能，使得延迟降到最低。
• 高兼容性：大多数现代浏览器都支持WebSocket通信。
• 加密传输：通过TLS/SSL机制保障数据传输安全。
• 跨平台灵活性：WebSocket可在多种开发语言和不同平台上实施，并支持移动端应用。

在前端的实施

通过WebSocket API，开发者在网页应用中得以使用WebSocket。这个API包含如下组件：

• WebSocket对象：负责创建WebSocket连接的 JavaScript 对象。
• WebSocket事件：包括：
  • open：连接成功后触发。
  • close：连接关闭时触发。
  • message：接收消息时触发。
  • error：连接发生错误时触发。
• WebSocket属性：对象的属性包括readyState、bufferedAmount等。

除了API接口，还有如协议升级和数据帧格式的多个WebSocket规范，确保了不同的实现能够互通。

TCP 协议

基本概述

传输控制协议（TCP）是一种可靠的、基于连接的通讯协议，广泛应用于互联网传输中。它确保网络层的数据安全有效传递，并负责传输层的数据传递管理。

TCP的核心特性包括：

• 可靠传输：确保数据包能完整且准确的到达目的地。
• 连接型服务：在数据传输前需建立连接并在结束后断开连接。
• 流量控制：调整数据传输速度，防止网络拥堵。
• 拥堵控制：降低数据传输速度以缓解网络拥堵。
• 数据包头部负担：需要额外头部信息来维护连接状态和控制流量，导致每个包的有效载荷减少。

工作原理

TCP的工作机制涉及：

• 将数据分割成多个包并附加必要的头部信息，如源地址、目标地址和序列号等。
• 接收方收到数据包后，校验完整性，确认无误后发送 ACK 回复。
• 发送方接收 ACK 信号，以确定数据成功传递。

WebSocket 与 TCP 的异同

加深理解 WebSocket 和 TCP 关系

WebSocket 作为运行于TCP之上的一种高效通信协议，它提供了长期开启的客户端和服务器之间双向通信通道，与TCP三次握手过程类似。WebSocket的握手通过HTTP完成。建立后，通道保持开放以进行数据交换，确保了TCP协议的可靠性和流量控制。

核心差异

WebSocket和TCP之间的主要差异可总结为：

• 建立连接: WebSocket除了经典的TCP三次握手以外，还需要 HTTP 协议头中的Upgrade字段以升级至WebSocket连接。
• 数据传输单位: WebSocket更倾向于以消息为单位传输数据，而TCP则是字节流。
• 数据处理: WebSocket相对于TCP，添加了数据压缩和消息分片的额外处理。
• 实时性: 保持连接状态下的WebSocket通讯协议具备更高的实时交互能力。

调试 TCP 及 WebSocket 接口实例

以 Apifox 软件为例，下文将展现如何发送TCP和WebSocket请求。

调试 TCP 示例

发送TCP请求需要：

• 建立请求，并填入URL、请求方法、名称。
• 在运行页面发送请求。

• 若需Mock数据，切换至本地Mock环境。

新建及测试 WebSocket 连接

在Apifox中创建一个WebSocket请求步骤包括：

• 点击创建按钮。
• 输入WebSocket服务的地址。
• 填写消息内容和参数。

发送消息和参数给服务器，以及如何保存WebSocket请求的步骤：

• 输入Message中的内容将被传输至服务器。
• 使用Params传输参数或查询字符串。
• 保存请求便于后续使用。

建立并发送WebSocket请求：

• 与服务端建立WebSocket连接。
• 发送消息并接收服务器回应。

• 服务端接收连接后的反馈信息。

• 使用Apifox发送消息，服务端像客户端一样可发送返回信息，例如时间戳。

总结

通过深入理解WebSocket和TCP协议，我们得以为Web应用开发提供实时、高效的通信解决方案。WebSocket在TCP的稳固基础上加入了全双工通信特性，为用户交互和实时数据传输开辟了新天地。利用Apifox等工具的便利性，开发者能够轻松地调试和优化这些协议的应用，确保现代Web应用的通信无缝且高效。

知识扩展

• WebSocket 与 Socket、TCP、HTTP 的关系及区别
• WebSocket 和 HTTP 的区别深解