WebSocket技術(shù)在實時WEB通訊中的應(yīng)用研究
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1.前言
作為下一代的Web標準，HTML5擁有許多引人注目的新特性，如Canvas、本地存儲、多媒體編程接口、WebSocket等，有兩大特點：首先，強化Web網(wǎng)頁的表現(xiàn)性能。其次，追加本地數(shù)據(jù)庫等Web應(yīng)用的功能。包括HTML、CSS和JavaScript在內(nèi)的一套技術(shù)組合，減少瀏覽器對于需要插件的豐富性網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)(plug-inbasedrich internet application,RIA)，如Adobe Flash、Microsoft Silverlight與OracleJavaFX的需求，并且提供更多能有效增強網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的標準集。而有“Web的TCP”支撐的WebSocket在打破了現(xiàn)有的WEB網(wǎng)絡(luò)通訊編程模式，WebSocket使得瀏覽器提供對Socket的支持成為可能，在瀏覽器和服務(wù)器之間提供了一個基于TCP連接的雙向通道，使得開發(fā)人員可以方便構(gòu)建實時Web應(yīng)用。
2.傳統(tǒng)實時WEB的通訊技術(shù)
傳統(tǒng)的Web應(yīng)用的信息交互過程是客戶端通過瀏覽器發(fā)出一個請求(Request)，服務(wù)器端接收和審核完請求后進行處理(Response)并返回結(jié)果給客戶端，然后客戶端瀏覽器將信息呈現(xiàn)出來，這種機制對于信息變化不是特別頻繁的應(yīng)用尚能相安無事，但對于那些實時要求比較高的應(yīng)用來說，當客戶端瀏覽器準備呈現(xiàn)服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)信息時，信息有可能已經(jīng)過時了。保持客戶端和服務(wù)器端的信息同步是實時Web應(yīng)用的關(guān)鍵要素。在WebSocket規(guī)范出來之前，開發(fā)人員想實現(xiàn)實時Web應(yīng)用，只能采用如輪詢(Polling)或Comet技術(shù)方案，而Comet則是輪詢技術(shù)的改進，長輪詢機制與流技術(shù)。
輪詢：客戶端以一定的時間間隔向服務(wù)端發(fā)出請求，以頻繁請求的方式來保持客戶端和服務(wù)器端的同步。問題在于：當客戶端以固定頻率向服務(wù)器發(fā)起請求的時候，服務(wù)器端的數(shù)據(jù)可能并沒有更新，造成無謂的網(wǎng)絡(luò)傳輸，屬于低效的實時方案。
長輪詢：長輪詢是對定時輪詢的改進和提高，目地是降低無效的網(wǎng)絡(luò)傳輸。當服務(wù)器端沒有數(shù)據(jù)更新時，連接會保持一段時間周期直到數(shù)據(jù)或狀態(tài)改變或者時間過期，通過這種機制來減少無效的客戶端和服務(wù)器間的交互。當服務(wù)端數(shù)據(jù)變更非常頻繁時，就和定時輪詢沒有本質(zhì)上性能提高。
流：通常在客戶端的頁面使用一個隱藏的窗口向服務(wù)端發(fā)出一個長連接的請求。服務(wù)器端接到這個請求后作出回應(yīng)并不斷更新連接狀態(tài)以保證客戶端和服務(wù)器端的連接不過期。
將服務(wù)器端的信息不斷推向客戶端。但需要針對不同的瀏覽器設(shè)計不同的方案來改進用戶體驗，同時在并發(fā)比較大的情況下，對服務(wù)器端的資源是一個極大的考驗。
以上方案只是利用Ajax方式來模擬實時的效果，每次交互都是HTTP的請求和應(yīng)答的過程，每次都帶有一套完整的HTTP頭信息，增加了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，在實際的應(yīng)用中，為了模擬真實的實時效果，需要構(gòu)造兩個HTTP連接來模擬客戶端和服務(wù)器之間的雙向通訊，一個連接用來處理客戶端到服務(wù)器端的數(shù)據(jù)傳輸，一個連接用來處理服務(wù)器端到客戶端的數(shù)據(jù)傳輸，增加編程實現(xiàn)的復雜度，同時增加了服務(wù)器端的負載，制約了應(yīng)用系統(tǒng)的擴展性。
3.HTML 5 WebSocket概念及規(guī)范
WebSocket API是下一代客戶端-服務(wù)器的異步通信方法。取代了單個的TCP套接字，使用ws或wss協(xié)議，在任意的客戶端和服務(wù)器程序通訊。WebSocket目前由W3C進行標準化，已經(jīng)受到Firefox 4、Chrome 4、Opera 10.70以及Safari 5等瀏覽器的支持，在給定的時間范圍內(nèi)的任意時刻，相互推送信息。
HTML5 Web Sockets從一個Web客戶端連接到一個遠程端點，需要創(chuàng)建WebSocket實例并為之提供一個URL來表示想要連接到的遠程端點。該規(guī)范定義了ws://以及wss://模式來分別表示W(wǎng)ebSocket和安全WebSocket連接。一個WebSocket連接是在客戶端與服務(wù)器之間HTTP協(xié)議的初始握手階段將其升級到Web Socket協(xié)議來建立的，其底層仍是TCP/IP連接。
其中：
WS:表示HTML5 WEB Sockets協(xié)議;
Host:表示服務(wù)器的地址;
Port:表示待鏈接的端口;
WebSocket Server:表示Server請求資源地址。
Web Sockets使用HTTP Upgrade機制升級到Web Socket協(xié)議，同時兼容HTTP的握手機制，因此HTTP服務(wù)器可以與WebSocket服務(wù)器共享默認的HTTP與HTTPS端(80和443)。要建立一個WebSocket連接，客戶端和服務(wù)器在初次握手的時候從HTTP協(xié)議提升到Web Socket協(xié)議?？蛻舳藶g覽器首先要向服務(wù)器發(fā)起一個HTTP請求，這個請求和通常的HTTP請求不同，包含了一些附加頭信息，其中附加頭信息“Upgrade:WebSocket”,表明是一個申請協(xié)議升級的HTTP請求，服務(wù)器端解析附加的頭信息，產(chǎn)生應(yīng)答信息返回給客戶端，由此客戶端和服務(wù)器端的WebSocket建立成功，然后通過鏈接通道自由傳遞信息，并且持續(xù)到客戶端或者服務(wù)器端的單方主動關(guān)閉連接。連接建立后，WebSocket數(shù)據(jù)幀以全雙工的模式在客戶端和服務(wù)器之間來回傳輸。
典型WebSocket請求與響應(yīng)例子如下：
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