引言
在现代 Web 开发中，实时通信已成为许多应用的核心需求。从在线聊天系统到实时股票行情，再到多人协作编辑工具，这些场景都依赖于高效的实时数据传输。传统的 HTTP 协议由于其请求-响应模式的限制，并不适合这类应用。今天我将分享我学习的 WebSocket 协议，它是如何实现真正的全双工通信的。
WebSocket 握手机制
WebSocket 连接的建立始于一个特殊的 HTTP 握手过程：
- 客户端发送 HTTP GET 请求，携带以下关键头信息：
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: [随机生成的base64编码字符串]
Sec-WebSocket-Version: 13- 服务器验证这些头信息后，返回 101 状态码（Switching Protocols）响应：
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: [基于客户端Key计算出的验证值]这个握手过程完成了从 HTTP 到 WebSocket 协议的切换，之后通信将基于 WebSocket 协议进行。
全双工通信模式
WebSocket 最引人注目的特性是其全双工通信能力：
• 双向同时传输：客户端和服务器可以同时发送消息，无需等待对方完成
• 持久连接：一旦建立连接，可以长期保持，避免重复握手开销
• 低延迟：消息到达后立即被处理，无需等待新的 HTTP 请求
这种模式特别适合需要实时交互的应用场景，如在线游戏、协同编辑、实时监控等。
WebSocket 与 HTTP 的核心差异
| 特性 | HTTP | WebSocket |
|---|---|---|
| 连接性质 | 短连接，每次请求后关闭 | 长连接，建立后可长期复用 |
| 通信方向 | 单向（客户端请求，服务器响应） | 全双工（双方可随时发送消息） |
| 数据格式 | 包含大量头部的完整报文 | 轻量帧结构（头部仅2-10字节） |
| 适用场景 | 传统网页浏览 | 实时应用 |
WebSocket 的优势
- 高效传输：相比 HTTP，WebSocket 的头部开销极小，特别适合高频小数据量传输
- 服务器推送：服务器可以主动向客户端推送数据，无需客户端轮询
- 减少延迟：避免了 HTTP 的重复连接建立过程
- 节省带宽：长连接避免了每次通信的 TCP/IP 握手和 TLS 协商开销