WebSocket协议

WebSocket是一种全双工（full-duplex）的双向通信技术，它依赖于单个套接字。使用WebSocket之后，HTTP连接升级为TCP长连接，可以被反复使用以传输数据。WebSocket连接可以在HTTP或者HTTPS之上启动。

WebSocket的出现，让B/S应用的实时性更好，因为服务器可以随时把数据推送到客户端，不需要客户端进行轮询。

WebSocket常常指代一套JavaScript的API，但它也作为一种网络协议（RFC 6455），本文主要探讨WebSocket协议的细节。

可以看到，WebSocket包含了消息边界规范，因而比TCP更加简单。使用TCP时，随着网络负载、延迟的变化，TCP报文如何分片是无法预测的，唯一的保证是每个字节的接收顺序和发送顺序一致。而使用WebSocket时，多字节的消息会完整、按序的到达。

所有WebSocket连接都是在HTTP连接升级产生的。 客户端打开HTTP连接时，发送类似下面的请求：

此请求与普通HTTP请求没有太大差异，关键的不同就是Upgrade头，其取值为websocket，表示升级当前连接的协议为WebSocket。

如果服务器同意升级，则HTTP应答报文类似下面：

101状态码的含义是切换协议，切换到的协议由Upgrade字段说明。Sec-WebSocket-Accept的取值根据Sec-WebSocket-Key推导，供客户端验证。

WebSocket关闭并不总是能正常进行，特别是在因特网或者其它不可考网络中进行通信的时候，底层TCP连接可能突然就断开。

当正常关闭WebSocket时，关闭行为的发起端发送特定的opcode=8的消息给对方，说明关闭的操作代码和原因。

关闭操作代码和原因作为载荷发送。关闭操作代码为16bit整数，关闭原因则是简短的UTF-8字符串。关闭代码如下表：

一旦握手完成，之后的通信均基于WebSocket报文。通信双方可以随时发送WebSocket报文，此所谓全双工。

报文在网络中以二进制形式表示，它包含一个报文头。报文头标记了不同帧（Frame）之间的边界并且包含了简单类型信息。1-N个帧组成完整的WebSocket消息，通常情况下，一个消息总是包含仅仅一个帧，因此，帧和消息这两个术语经常替换使用。

WebSocket帧的格式如下图：

一般取值0，除非要发送有多个帧组成的消息。

要发送由多个帧组成的消息，则需要把报文首位FIN置为0。依次发送完所有帧后，将FIN置为1，提示接收方所有帧已经发送完毕。 

除非协商使用了某种WebSocket扩展，这3bit均设置为0

指定消息载荷的类型，对应第一字节的后4个bit：

从浏览器发送到服务器的WebSocket帧被掩码处理以混淆载荷内容。掩码的意图并非防止窃听，而是出于非一般性的安全考虑，以及增强和即有HTTP代理服务器的兼容性。

报文头第二字节第1位说明报文是否被掩码处理。WebSocket协议要求客户端对所有帧进行掩码处理，服务器收到的任何帧，都需要解除掩码后再进一步处理。

如果报文被掩码，在报文长度头字段之后，会有4字节的掩码键。

WebSocket使用可变bit数来标注帧的长度：

1. 如果帧小于126字节，使用7bit标注长度
2. 如果帧长度在126-216之间， 使用额外两个字节标注长度
3. 如果帧长度在216以上，使用8字节标注长度

其中，第2、3种情况下，最初的7bit被填写为126或者127，作为指示标记。 

文本消息的编码为UTF-8，此编码与7bit的ASCII兼容。需要注意UTF-8是WebSocket唯一支持的文本编码格式。 

WebSocket协议支持高层协议、高层协议协商。这些高层协议被称为子协议（Subprotocols）。

要使用子协议，在握手时客户端发送HTTP头 Sec-WebSocket-Protocol，指明它支持的子协议列表。服务器的同名响应头则从列表中选择一个子协议。