🔗 WebSocket 协议

HTTP 是"你问我才答"，WebSocket 是"咱们开着麦聊"

WebSocket vs HTTP

	HTTP	WebSocket
通信模式	请求→响应，一问一答	全双工，双方随时发
连接	短连接/长连接（Keep-Alive）	持久连接
头部开销	每次几百字节	2-14 字节
典型场景	网页、API	聊天、实时推送、游戏

HTTP 是写信，WebSocket 是打电话。

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WebSocket 握手

本质是通过 HTTP 升级到 WebSocket：

客户端请求（HTTP Upgrade）:
GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Sec-WebSocket-Version: 13

服务器响应（101 Switching）:
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=

// 此后切换到 WebSocket 协议，不再是 HTTP

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WebSocket 数据帧

 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|             |                               |
| |1|2|3|       |K|             |                               |
+-+-+-+-+-------+-+-------------+-------------------------------+
|     Masking-key (如果是客户端发给服务器)                         |
+---------------------------------------------------------------+
|                     Payload Data                              |
+---------------------------------------------------------------+

字段	说明
FIN	1=最后一帧，0=还有后续帧
opcode	帧类型：1=文本，2=二进制，8=关闭，9=Ping，10=Pong
MASK	1=数据已掩码（客户端→服务器必须掩码）
Payload	实际数据

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简单 WebSocket 服务（Python）

# pip install websockets
import asyncio
import websockets

connected = set()

async def handler(websocket):
    connected.add(websocket)
    try:
        async for message in websocket:
            # 广播给所有连接的客户端
            for conn in connected:
                if conn != websocket:
                    await conn.send(message)
    finally:
        connected.remove(conn)

async def main():
    async with websockets.serve(handler, "0.0.0.0", 8765):
        await asyncio.Future()  # 永远运行

asyncio.run(main())

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WebSocket 心跳

长时间没消息，中间代理（nginx/负载均衡器）可能断开连接。心跳保活：

import asyncio
import websockets

async def handler(websocket):
    async def heartbeat():
        while True:
            try:
                await websocket.ping()
                await asyncio.sleep(30)  # 每 30 秒 ping 一次
            except:
                break

    # 同时收消息 + 发心跳
    await asyncio.gather(
        receive_messages(websocket),
        heartbeat(),
    )

async def receive_messages(websocket):
    async for message in websocket:
        await websocket.send(f"Echo: {message}")

浏览器端：

const ws = new WebSocket('wss://example.com/chat');

ws.onopen = () => console.log('已连接');
ws.onmessage = (e) => console.log('收到:', e.data);
ws.onclose = () => console.log('已断开');

// 发送
ws.send('Hello');

// 浏览器会自动回复 Pong，不需要手动处理 Ping

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nginx 代理 WebSocket

server {
    location /ws/ {
        proxy_pass http://127.0.0.1:8765;
        proxy_http_version 1.1;
        proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
        proxy_set_header Connection "upgrade";
        proxy_read_timeout 3600s;
        proxy_send_timeout 3600s;
    }
}

注意

proxy_read_timeout 必须设得够长，否则 WebSocket 空闲超过默认 60 秒就会被 nginx 断开。

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WebSocket vs SSE vs 长轮询

	WebSocket	SSE	长轮询
方向	双向	服务器→客户端	客户端→服务器→响应
协议	ws:// / wss://	HTTP	HTTP
开销	极低	低	高（频繁重建连接）
适用	聊天、游戏、协同编辑	股票行情、通知推送	兼容老浏览器

需要双向实时 → WebSocket；只需服务端推送 → SSE；兼容老系统 → 长轮询。

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🎯 本章要点

• WebSocket 通过 HTTP Upgrade 握手后升级到全双工持久连接
• 帧比 HTTP 请求头小得多（2-14 字节 vs 几百字节）
• 心跳保活：每 30 秒 Ping/Pong，防止代理断开
• nginx 代理 proxy_read_timeout 要配 3600s，否则空闲被掐
• 选型：双向实时选 WebSocket，单向推送选 SSE

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