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WebSockets：WebSocket 在实时应用中的作用

1 WebSockets：在实时应用中的角色与优势

1.1 实时应用的需求与挑战

在互联网应用日益丰富的今天，实时通信成为了许多场景中的关键需求。

从在线聊天、实时游戏、股票交易到物联网设备监控，用户期望能够即时接收

和发送信息，而不仅仅是传统的请求-响应模式。然而，实现这一目标并非易事，

传统的 HTTP 协议在实时通信方面存在以下挑战：

1. 延迟问题：HTTP 是基于请求-响应的协议，每次通信都需要客户

端发起请求，服务器响应，这导致了较高的延迟。

2. 资源消耗：为了减少延迟，客户端可能需要频繁地向服务器发送

请求，这不仅增加了网络流量，也消耗了服务器资源。

3. 连接管理：HTTP 连接是短暂的，服务器难以维持与客户端的持久

连接，这对于需要持续通信的应用来说是一个障碍。

1.2 WebSocket 的引入与优势

为了解决上述挑战，WebSocket 协议应运而生。WebSocket 提供了一个全

双工的通信通道，允许服务器和客户端在建立连接后持续地发送数据，而无需

每次都进行握手。这种协议的引入，极大地改善了实时应用的性能和用户体验，

具体优势如下：

1. 低延迟：WebSocket 连接建立后，数据传输几乎是即时的，大大

降低了延迟。

2. 资源节约：由于无需频繁地发起 HTTP 请求，WebSocket 减少了网

络流量和服务器资源的消耗。

3. 持久连接：WebSocket 连接可以保持开放状态，直到任何一方选

择关闭，这使得服务器能够主动向客户端推送数据，而无需等待客户端

的请求。

4. 全双工通信：WebSocket 支持双向通信，服务器和客户端可以同

时发送和接收数据，提高了通信效率。

1.2.1 示例：使用 WebSocket 实现简单的实时聊天应用

下面是一个使用 JavaScript 和 Node.js 实现的简单实时聊天应用的示例。我

们将创建一个 WebSocket 服务器，以及一个客户端页面，用于发送和接收消息。

1.2.1.1 服务器端代码

// server.js

const WebSocket = require('ws');

3

const message = document.createElement('li');

message.textContent = event.data;

messages.appendChild(message);

};

function sendMessage() {

const input = document.getElementById('input');

ws.send(input.value);

input.value = '';

}

</script>

</body>

</html>

1.2.2 解析

在服务器端，我们使用了 ws 库来创建 WebSocket 服务器。当有客户端连

接时，服务器会监听 message 事件，接收到消息后，会将消息广播给所有连接

的客户端。在客户端，我们创建了一个 WebSocket 连接到服务器，当连接成功

后，我们监听 message 事件来接收服务器发送的消息，并将其显示在页面上。

用户可以通过输入框和发送按钮向服务器发送消息。

通过这个简单的示例，我们可以看到 WebSocket 如何在实时应用中发挥作

用，提供低延迟、资源节约的全双工通信，极大地提升了用户体验。

2 WebSocket 基础

2.1 WebSocket 协议概述

WebSocket 协议是一种在单个 TCP 连接上进行全双工通信的协议。它被设

计用于替代 HTTP 的轮询请求，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，允许双方在任何时

候发送数据，而无需等待对方的响应。这种特性使得 WebSocket 非常适合实时

应用，如在线聊天、实时游戏、股票市场数据更新等场景。

2.1.1 协议建立过程

WebSocket 的连接建立过程通常如下：

1. 握手：客户端通过 HTTP 发起一个特殊的 GET 请求，请求头中包

含 Upgrade: websocket 和 Connection: Upgrade，以及一个 Sec-WebSocket-

Key 用于安全握手。

2. 服务器响应：服务器响应一个 101 状态码，表示协议升级，并在

响应头中包含 Upgrade: websocket 和 Connection: Upgrade，以及一个

Sec-WebSocket-Accept，它是对客户端 Sec-WebSocket-Key 的响应。

3. 连接建立：一旦握手成功，客户端和服务器之间的连接就升级为

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