浅谈WebSocket协议在Web领域的应用
Part 01、WebSocket是什么?
WebSocket是一种在Web应用程序中提供双向通信的协议。它允许服务器主动向客户端推送数据,而不是像传统的HTTP请求-响应模式一样,客户端必须发送请求才能获取数据。WebSocket 最早是在HTML5中引入的,建立在HTTP协议之上,使用握手阶段来升级连接,然后通过保持连接的状态来实现实时通信。
与传统的HTTP协议相比,WebSocket具有以下优势:
⑴ 增强实时性
服务器可以随时主动给客户端下发数据,相对于HTTP请求需要等待客户端发起请求服务端才能响应,延迟明显更少。和传统的轮询比较,WebSocket也可以在短时间内更有效率地传递数据;
⑵ 维持连接状态
在一些需要身份认证的场景下,HTTP请求可能需要在每个请求都携带状态信息(服务器不记录每次的请求和响应信息),而WebSocket一次连接建立后就会保持住会话状态,这就使其成为一种有状态的协议,后续通信时就可以省略部分状态信息;
⑶ 更灵活的扩展支持
开发者可以对WebSocket自定义二进制帧,相对HTTP,可以更轻松地处理二进制内容,此外开发者也自行扩展协议、实现部分自定义的子协议;
⑷ 更好的压缩效果
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。
Part 02、 Websocket报文
2.1 报文格式
- 第0个字节
0位(FIN):0表示报文没有结束,1表示报文结束。
1-3位(RSV1、RSV2、RSV3):保留字段,一般全部为0。也可用于扩展自己的协议。
4-7位(opcode):报文类型。0 代表一个继续帧,1代表文本帧,2代表二进制帧,8 代表连接关闭,9 代表ping,10代表pong。
- 第1个字节
8位(MASK):1表示需要掩码操作,0表示不需要。如果为1,数据帧的masking-key属性会存在一个值,接收方会利用这个值来进行解掩码操作,所有从客户端传输到服务器的数据帧的Mask都被设置为1。
9-15位(Payload len):表示Payload data的长度。如果值是0~125,则真实长度就是前7位表示;如果值是126,则真实长度就是后16位(Extended payload length 126);如果值是127,则真实长度就是后64位(Extended payload length 127)
2.2 报文样例
- ping帧,Opcode=9,Mask=1,Payload len=0,Masking-Key有内容
图片
- pong帧,Opcode=10,Mask=0,Payload len=0,Masking-Key为空
- 文本帧,Opcode=1,Mask=0,Payload len=84,Masking-Key为空
Part 03、 代码实现
接下来,一起动手编写WebSocket服务端和客户端,这里提供一个java版的服务端demo和一个html版的客户端demo。
1、服务端demo是一个springboot项目
- 引用spring-boot-starter-websocket依赖
org.springframework.boot
spring-boot-starter-websocket
- session管理
public class WsSessionManager {
public static ConcurrentHashMap SESSION_POOL = new ConcurrentHashMap<>();
public static void add(String key, WebSocketSession session) {
SESSION_POOL.put(key, session);
}
public static WebSocketSession remove(String key) {
return SESSION_POOL.remove(key);
}
public static void removeAndClose(String key) {
WebSocketSession session = remove(key);
if (session != null) {
try {
session.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public static WebSocketSession get(String key) {
return SESSION_POOL.get(key);
}
}
- 消息处理
@Component
@Slf4j
public class MyWsHandler extends AbstractWebSocketHandler {
@Override
public void afterConnectionEstablished(WebSocketSession session) throws Exception {
log.info("建立ws连接,sessionId:{}", session.getId());
WsSessionManager.add(session.getId(), session);
}
@Override
protected void handleTextMessage(WebSocketSession session, TextMessage message) throws Exception {
// 获得客户端传来的消息
String payload = message.getPayload();
log.info("server 接收到消息, sessionId " + session.getId() + ", payload: " + payload);
session.sendMessage(new TextMessage("server 发送给的消息 " + payload + ",发送时间:" + LocalDateTime.now().toString()));
}
@Override
protected void handleBinaryMessage(WebSocketSession session, BinaryMessage message) {
log.info("发送二进制消息, sessionId " + session.getId());
}
@Override
public void handleTransportError(WebSocketSession session, Throwable exception) {
log.error("异常处理, sessionId " + session.getId());
- WebSocket配置
@Configuration
@EnableWebSocket
public class WsServerConfig implements WebSocketConfigurer {
@Autowired
private MyWsHandler myWsHandler;
@Override
public void registerWebSocketHandlers(WebSocketHandlerRegistry registry) {
registry.addHandler(myWsHandler, "myWs")
//允许跨域
.setAllowedOrigins("*");
}
}