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HTTP 协议有一个缺陷：通信只能由客户端发起。
只能是客户端向服务器发出请求，服务器返回查询结果。HTTP 协议做不到服务器主动向客户端推送信息。
如果服务器有连续的状态变化，客户端要获知就非常麻烦。我们只能使用"轮询"：每隔一段时候，就发出一个询问，了解服务器有没有新的信息。最典型的场景就是聊天室。
轮询的效率低，非常浪费资源，于是WebSocket 就是这样发明的。

特点包括：

（1）建立在 TCP 协议之上，服务器端的实现比较容易。
（2）与 HTTP 协议有着良好的兼容性。默认端口也是80和443，并且握手阶段采用 HTTP 协议，因此握手时不容易屏蔽，能通过各种 HTTP 代理服务器。
（3）数据格式比较轻量，性能开销小，通信高效。
（4）可以发送文本 or 二进制数据。
（5）没有同源限制，客户端可以与任意服务器通信。
（6）协议标识符是ws（如果加密，则为wss），服务器网址就是 URL。 ws://example.com:80/some/path

网页端例子：

var ws = new WebSocket("wss://echo.websocket.org");   // 执行语句之后，客户端就会与服务器进行连接

ws.onopen = function(evt) { 
  console.log("Connection open ..."); 
  ws.send("Hello WebSockets!");
};

ws.onmessage = function(evt) {
  console.log( "Received Message: " + evt.data);
  ws.close();
};

ws.onclose = function(evt) {
  console.log("Connection closed.");
};

WebSocket 工作流程

Client                         Server
  |                               |
  |----------TCP三次握手---------->|  1.TCP连接
  |<----------------------------->|
  |                               |
  |------HTTP Upgrade请求-------->|   2.发送HTTP Upgrade请求,升级协议。用的是http协议，GET请求
  |<-----101 Switching------------|
  |                               |
  |====== WebSocket连接建立 ====== |   3.WebSocket连接
  |                               |
  |<====== 双向通信 =============>|
  |                               |
  |----------TCP四次挥手---------->|

客户端请求：

GET /chat HTTP/1.1

Host: localhost:8080

Upgrade: websocket

Connection: Upgrade

Sec-WebSocket-Key:
dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==

Sec-WebSocket-Version: 13

服务器响应：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols

Upgrade: websocket

Connection: Upgrade

Sec-WebSocket-Accept:
s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=

WebSocket 并不是一种新的传输层连接，它是运行在 TCP 之上的应用层协议。
客户端先通过 TCP 三次握手建立 TCP 连接，然后利用这个 TCP 连接发送 HTTP Upgrade 请求；
服务器返回 101 Switching Protocols 后，双方才正式把这条 TCP 连接从 HTTP 协议切换为 WebSocket 协议。
从这一刻开始，后续数据都以 WebSocket Frame 的形式在同一条 TCP 连接上传输，直到最终通过 TCP 四次挥手关闭连接。

WebSocket Frame

 0                   1                   2                   3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-------+-+-------------+-------------------------------+
|F|R|R|R| opcode|M| Payload len |    Extended payload length    |
|I|S|S|S|  (4)  |A|     (7)     |             (16/64)           |
|N|V|V|V|       |S|             |   (if payload len==126/127)   |
| |1|2|3|       |K|             |                               |
+-+-+-+-+-------+-+-------------+ - - - - - - - - - - - - - - - +
|     Extended payload length continued, if payload len == 127  |
+ - - - - - - - - - - - - - - - +-------------------------------+
|                               |Masking-key, if MASK set to 1  |
+-------------------------------+-------------------------------+
| Masking-key (continued)       |          Payload Data         |
+-------------------------------- - - - - - - - - - - - - - - - +
:                     Payload Data continued ...                :
+ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - +
|                     Payload Data continued ...                |
+---------------------------------------------------------------+

Frame 主要由 FIN、Opcode、Mask、Payload Length、Masking Key 和 Payload Data 组成。
- FIN 表示消息是否结束
- Opcode 表示数据类型（文本、二进制、Ping、Pong 、Close等）
- Payload Length 表示消息长度。
- 客户端发送的数据必须携带 Mask Key，并对 Payload 做 XOR 掩码处理；服务端发送给客户端则不需要 Mask。
- 接收方先解析帧头获取长度，再读取对应长度的数据，因此能够正确区分消息边界，避免 TCP 粘包拆包问题。

数据帧和控制帧

WebSocket帧可以分两大类
- 数据帧（Data Frame）：Text、Binary
- 控制帧（Control Frame）：Close、Ping、Pong

WebSocket 中 Opcode=0x8 表示 Close，用于正常关闭连接。当客户端关闭页面、服务端主动断开连接、协议错误或异常情况发生时，会发送 Close Frame，双方完成 Close 握手后再关闭底层 TCP 连接。

Opcode=0x9 表示 Ping，主要用于心跳检测和保活。连接建立后，客户端或服务端都可以定时发送 Ping 来检测对方是否仍然在线。

Opcode=0xA 表示 Pong，用于响应 Ping。根据 RFC6455，收到 Ping 后必须返回 Pong。实际项目中通常由服务端定时发送 Ping，如果连续多次收不到 Pong，则认为连接已经失效并主动关闭连接。

Ping/Pong 属于 WebSocket 应用层心跳机制，与 TCP KeepAlive 不同，检测周期可以由应用自由控制，因此更适合实时系统。

blog/A-IT/00-CS基础/70-network/协议/websocket

WebSocket 工作流程

WebSocket Frame

数据帧和控制帧