WebSocket 是一種網絡通信協議，它允許在單個 TCP 連接上進行全雙工、雙向的實時通信。它是為了解決傳統 HTTP 協議在實時交互應用中的局限性而設計的。

核心概念和特點

1. 解決 HTTP 的痛點：

   • 單向性： HTTP 是請求-響應模式。客戶端發起請求，服務器響應一次，連接通常就關閉了（短連接）或需要保持長連接但仍然是半雙工（請求后等待響應）。
   • 高開銷： 每次 HTTP 請求都包含完整的頭部信息（如 Cookie、User-Agent 等），即使數據量很小，頭部的開銷也很大。
   • 實時性差： 服務器無法主動推送數據給客戶端（除非使用輪詢、長輪詢、SSE 等變通方案，但效率低下或不夠理想）。

2. WebSocket 的優勢：

   • 真正的雙向通信： 一旦連接建立成功，服務器和客戶端可以隨時、主動地向對方發送數據，就像打電話一樣自由對話。
   • 持久化連接： WebSocket 連接在建立后保持打開狀態（長連接），直到顯式關閉。避免了重復建立連接的開銷。
   • 低延遲： 由于連接是持久的且協議設計輕量，數據可以在客戶端和服務器之間以極低的延遲傳輸。
   • 輕量級數據幀： WebSocket 傳輸的數據幀（Frame）頭部開銷很小（通常只有 2-10 字節），特別適合高頻、小數據量的通信。
   • 基于 TCP： 運行在 TCP 之上，具備 TCP 的可靠性（保證數據包順序、重傳機制等）。

3. 工作原理：

   • 握手階段： 連接始于一個特殊的 HTTP 請求（稱為 Upgrade 請求）。客戶端發送一個包含 Connection: Upgrade 和 Upgrade: websocket 等頭部的 HTTP 請求。如果服務器支持 WebSocket，會響應一個狀態碼為 101 Switching Protocols 的回復，表示協議升級成功。
   • 數據傳輸階段： 握手成功后，底層的 TCP 連接保持不變，但通信協議從 HTTP 切換到了 WebSocket。此時，客戶端和服務器就可以通過這個連接自由地發送 WebSocket 數據幀（Frame）進行雙向通信了。
   • 關閉連接： 任何一方都可以發送一個關閉幀來正常終止連接。

主要應用場景

WebSocket 非常適合需要低延遲、高頻率、雙向數據流的應用：

• 實時聊天應用： 消息的即時發送和接收。
• 多人協作工具： 實時文檔編輯、白板協作等。
• 在線游戲： 玩家動作、游戲狀態的實時同步。
• 實時數據儀表盤： 股票行情、實時監控數據（服務器狀態、物聯網傳感器數據）、體育賽事直播比分更新。
• 實時通知： 社交媒體動態、系統告警等。
• 在線拍賣/競標： 實時出價更新。

與 HTTP 輪詢/長輪詢/SSE 的對比

• HTTP 輪詢： 客戶端定期發送請求詢問是否有新數據。效率低（大量空請求），延遲高（取決于輪詢間隔）。
• HTTP 長輪詢： 客戶端發送請求，服務器在有新數據或超時才響應。減少了空請求，但每次請求仍有頭部開銷，且服務器連接資源占用多。
• SSE： 服務器單向推送數據給客戶端（基于 HTTP）。只解決服務器到客戶端的推送問題，客戶端仍需用 HTTP 向服務器發請求。
• WebSocket： 雙向、低延遲、低開銷的持久連接。是實時雙向通信的首選方案。

總結

WebSocket 是現代 Web 應用中實現高效、低延遲、雙向實時通信的核心技術。它通過一次 HTTP 握手建立持久化的雙向 TCP 連接，克服了傳統 HTTP 在實時交互上的缺陷，使得構建聊天室、在線游戲、實時數據可視化等富交互應用成為可能。當你需要數據在客戶端和服務器之間快速、自由地雙向流動時，WebSocket 通常是理想的選擇。

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