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WebSockets:WebSocket 与服务器推送技术
1 WebSockets:WebSocket 与服务器推送技术
1.1 引言
1.1.1 WebSocket 技术简介
WebSocket 是一种在单个 TCP 连接上进行全双工通信的协议。它被设计用
于替代 HTTP 的长轮询技术,以实现更高效、低延迟的实时数据传输。
WebSocket 在客户端和服务器之间建立了一个持久的连接,允许数据在任意方
向上进行传输,而不需要每次传输都建立新的连接。这种技术特别适用于需要
实时更新数据的应用场景,如在线聊天、实时股票报价、多人游戏等。
1.1.1.1 为什么选择 WebSocket?
� 低延迟:WebSocket 协议减少了通信的延迟,因为它不需要为每
次数据交换重新建立连接。
� 全双工通信:WebSocket 支持双向通信,客户端和服务器都可以
主动发送数据。
� 减少服务器负载:由于减少了连接的建立和关闭,服务器的负载
也相应降低。
� 更好的性能:WebSocket 的开销比 HTTP 小,数据传输更快。
1.1.2 服务器推送的重要性
在传统的 HTTP 请求响应模型中,客户端需要主动向服务器发送请求,才
能获取到新的数据。这种模型在需要实时更新数据的场景下效率较低,因为客
户端必须频繁地发送请求,以检查是否有新的数据。服务器推送技术,如
WebSocket,改变了这一模型,允许服务器主动向客户端发送数据,而无需客
户端的请求。这不仅提高了数据传输的实时性,还减少了网络资源的浪费,提
高了用户体验。
1.2 WebSocket 技术原理
WebSocket 协议定义了一个基于 TCP 的连接,它使用 HTTP 协议进行握手,
之后将协议类型升级为 WebSocket。握手完成后,客户端和服务器之间就可以
进行双向数据传输了。WebSocket 的数据传输格式可以是文本或二进制数据,
这使得它能够传输各种类型的数据,包括 JSON、XML、图像、音频和视频等。
2
1.2.1 WebSocket 的建立过程
1. 客户端发起 HTTP 请求:客户端通过发送一个特殊的 HTTP 请求来
建立 WebSocket 连接。
2. 服务器响应:服务器接收到请求后,如果同意建立 WebSocket 连
接,会发送一个包含特定头部的 HTTP 响应。
3. 协议升级:握手完成后,连接的协议类型从 HTTP 升级为
WebSocket,此时可以开始双向数据传输。
1.2.2 示例代码:建立 WebSocket 连接
//
客户端代码示例
const socket = new WebSocket('ws://example.com/ws');
socket.addEventListener('open', (event) => {
console.log('WebSocket 连接已打开');
});
socket.addEventListener('message', (event) => {
console.log('从服务器收到消息:', event.data);
});
socket.addEventListener('close', (event) => {
console.log('WebSocket 连接已关闭');
});
#
服务器端代码示例(使用
Python
的
WebSocket
库)
from ws4py.server.cherrypyserver import WebSocketPlugin, WebSocketTool
from ws4py.websocket import WebSocket
from ws4py.messaging import TextMessage
import cherrypy
class EchoWebSocket(WebSocket):
def received_message(self, message):
self.send(str(message))
if __name__ == '__main__':
WebSocketPlugin(cherrypy.engine).subscribe()
cherrypy.tools.websocket = WebSocketTool()
cherrypy.quickstart(EchoWebSocket())
1.3 服务器推送技术
服务器推送技术允许服务器在客户端没有发送请求的情况下,主动向客户
3
端发送数据。这在实时应用中非常有用,因为它可以实时更新客户端的信息,
而不需要客户端频繁地轮询服务器。
1.3.1 实现服务器推送
在 WebSocket 中,服务器推送是通过服务器主动向已建立的 WebSocket 连
接发送数据来实现的。当服务器有新的数据需要发送给客户端时,它可以直接
通过 WebSocket 连接发送,而无需等待客户端的请求。
1.3.2 示例代码:服务器向客户端推送数据
#
服务器端代码示例
class MyWebSocket(WebSocket):
def opened(self):
#
连接打开后,服务器可以立即向客户端发送数据
self.send("欢迎连接到 WebSocket 服务器!")
def received_message(self, message):
#
当从客户端接收到消息时,服务器可以响应
self.send(str(message))
def closed(self, code, reason=None):
#
连接关闭时,可以执行一些清理操作
print("WebSocket 连接已关闭...")
通过以上代码,服务器在连接打开时会立即向客户端发送一条欢迎消息,
当接收到客户端的消息时,服务器会将消息原样返回给客户端,实现了基本的
服务器推送功能。
1.4 结论
WebSocket 技术通过提供低延迟、全双工的通信方式,极大地提高了实时
应用的性能和用户体验。服务器推送技术是 WebSocket 的一个关键特性,它允
许服务器主动向客户端发送数据,从而实现了真正的实时通信。通过本教程,
您应该对 WebSocket 和服务器推送技术有了更深入的理解,并能够开始在自己
的项目中使用这些技术了。
2 WebSockets:WebSocket 与服务器推送技术
2.1 WebSocket 基础知识
2.1.1 WebSocket 协议概述
WebSocket 是一种在单个 TCP 连接上进行全双工通信的协议。它被设计用
4
于替代 HTTP 的长轮询技术,以实现更高效、低延迟的实时数据传输。
WebSocket 在客户端和服务器之间建立了一个持久的连接,允许数据在任意方
向上流动,这使得实时交互应用如在线聊天、实时游戏、股票价格更新等成为
可能。
2.1.2 WebSocket 与 HTTP 的对比
� 连接方式:HTTP 是基于请求-响应的模型,每次通信都需要建立
和断开连接;而 WebSocket 建立一次连接后,可以持续进行数据交换,
直到任何一方关闭连接。
� 数据传输:HTTP 传输数据时,需要封装成 HTTP 请求或响应,头
部信息较大;WebSocket 的数据传输格式更轻量,减少了网络开销。
� 实时性:由于 HTTP 的请求-响应模型,实时性较差;WebSocket
的全双工通信特性,可以实现低延迟的实时数据传输。
� 安全性:WebSocket 支持 TLS/SSL 加密,与 HTTPS 类似,可以提供
安全的数据传输。
2.1.3 WebSocket 的工作原理
WebSocket 的工作流程如下:
1. 握手:客户端通过 HTTP 发起一个 WebSocket 连接请求,服务器
响应并完成握手过程,此时连接升级为 WebSocket 连接。
2. 数据传输:连接建立后,客户端和服务器可以发送任意数量的消
息,这些消息可以是文本或二进制数据。
3. 关闭连接:任何一方都可以发送关闭帧来结束连接,另一方接收
到关闭帧后,会进行相应的处理并关闭连接。
2.1.3.1 代码示例:使用 JavaScript 创建 WebSocket 连接
//
创建
WebSocket
连接
var socket = new WebSocket('ws://example.com/ws');
//
连接打开时的回调
socket.onopen = function(event) {
console.log("Connection opened");
};
//
接收消息时的回调
socket.onmessage = function(event) {
console.log('Received: ', event.data);
};
//
发送消息
socket.send('Hello Server');
5
//
连接关闭时的回调
socket.onclose = function(event) {
console.log("Connection closed");
};
在这个示例中,我们首先创建了一个 WebSocket 对象,然后定义了连接打
开、接收消息、发送消息和连接关闭的回调函数。当连接成功建立后,我们可
以通过 socket.send 方法发送消息,并在服务器响应时通过 onmessage 事件处理
函数接收消息。
2.1.3.2 代码示例:使用 Node.js 创建 WebSocket 服务器
const WebSocket = require('ws');
const wss = new WebSocket.Server({ port: 8080 });
wss.on('connection', function connection(ws) {
ws.on('message', function incoming(message) {
console.log('received: %s', message);
});
ws.send('Hello Client');
});
在这个 Node.js 示例中,我们使用 ws 库创建了一个 WebSocket 服务器。当
客户端连接到服务器时,服务器会监听 message 事件,接收客户端发送的消息,
并通过 ws.send 方法向客户端发送消息。
通过以上示例,我们可以看到 WebSocket 如何在客户端和服务器之间建立
持久的连接,并进行实时的数据交换。这种技术对于需要实时通信的应用来说,
是一个非常重要的工具。
3 建立 WebSocket 连接
3.1 创建 WebSocket 对象
WebSocket 是一种在单个 TCP 连接上进行全双工通信的协议。在浏览器中,
我们可以通过创建 WebSocket 对象来与服务器建立连接。下面是一个创建
WebSocket 对象的示例:
//
创建
WebSocket
对象
const socket = new WebSocket('ws://example.com/ws');
//
设置连接打开时的回调函数
socket.addEventListener('open', (event) => {
console.log('WebSocket 连接已打开:', event);
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