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WebSocket

1.什么是WebSocket

WebSocket 是一种通讯协议，目标就是替代XmlHttpRequest 和长期轮询的解决方案。应用在实时弹幕、消息推送、棋牌游戏、聊天等需要及时通讯的场景。

2.WebSocket 连接有两个阶段

握手(handshake)和数据传输(data transfer)

3.客户端发送握手请求

• Uri 格式
  ws-URI=ws://host[:port]path[?query]
  例如：ws://localhost:10020/
• 在与服务端建立连接时，客户端必须发送握手请求，请求是一个http升级协议(Upgrade)请求。并且该请求必须满足：
  （1） 握手请求必须是一个正常的HTTP请求。
  （2） 请求方法必须为GET，并且HTTP协议最低为1.1
  （3）请求头必须包含Host
  （4）请求头必须包含Upgrade，并且值为websocket
  （5）请求头必须包含Connection，并且值为Upgrade
  （6）请求头必须包含Sec-WebSocket-Key，值为经过Base64转换的长度为16字节的一组数据
  （7）请求头必须包含Origin，如果客户端是浏览器这个值肯定是有的，如果非浏览器的客户端，这个值可以随意改。
  （8）请求头必须包含Sec-WebSocket-Version，并且值为13
  （9）请求头可以带一个Sec-WebSocket-Protocol，这个值告诉服务端客户端想用的子协议，多个用逗号分开
  （10）请求头可以带一个Sec-WebSocket-Extensions，这个值告诉服务端客户端支持的协议级别的扩展。
  （11）请求头可以带一个和权限校验相关的头，例如Cookie，Authentication等

• 示例：

Http Upgrade请求

 GET /chat HTTP/1.1
 Host: server.example.com
 Upgrade: websocket
 Connection: Upgrade
 Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
 Origin: http://example.com
 Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
 Sec-WebSocket-Version: 13

如果握手成功的话，服务器回应

 HTTP/1.1 101 Switching Protocols
 Upgrade: websocket
 Connection: Upgrade
 Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
 Sec-WebSocket-Protocol: chat

当客户端将握手请求发出去之后，就要等待服务端的响应。当服务端响应成功之后，客户端还需要做如下校验

1. 返回的响应码非101，例如401，500，403，503 等等，客户端连接失败
2. 返回的响应头部不包含Upgrade或者Upgrade的值不是websocket，客户端连接失败
3. 返回的响应头部不包含Connection或者Connection的值不是Upgrade，客户端连接失败
4. 返回的响应头部不包含Sec-WebSocket-Accept或者Sec-WebSocket-Accept的值并不是Base64(SHA1(Sec-WebSocket-Key+"258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11")),客户端连接失败
5. 返回的响应头部Sec-WebSocket-Extensions中的值并不是客户端发送的Sec-WebSocket-Extensions中的值，客户端连接失败
6. 返回的响应头部Sec-WebSocket-Protocol中的值并不是客户端发送的Sec-WebSocket-Protocol中的值，客户端连接失败

服务端接收握手请求

如果服务端在处理请求过程中不满足以下任何一项，服务端都会终止处理该请求

1. 必须是HTTP1.1+的GET请求
2. 包含Host请求头
3. 包含Upgrade值为WebSocket的请求头
4. 包含Connection值为Upgrade的请求头
5. 包含Sec-WebSocket-Key值为16字节长度的Base64字符串
6. 包含Sec-WebSocket-Version值为13的请求头
7. 非必须：Origin
8. 非必须：Sec-WebSocket-Protocol
9. 非必须：Sec-WebSocket-Extensions

当服务端确定这是一个正常的握手请求并且愿意处理此请求，那么服务端需要回应一个HTTP响应：

1. 状态码必须为 101 Switching Protocol
2. Upgrade：WebSocket
3. Connection：Upgrade
4. Sec-WebSocket-Accept，如上文所说，值为：Base64(SHA1(Sec-WebSocket-Key+"258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11"))
5. Sec-WebSocket-Protocol,根据客户端传的值
6. Sec-WebSocket-Extensions，根据客户端传的值
   至此，握手结束。连接状态由CONNECTING进入OPEN状态

协议帧

WebSocket的协议帧格式如下：
WebSocket协议

FIN 1bit
包结束标志，1 代表最后一个消息包，0代表某一段消息包
RSV1, RSV2, RSV3: 每个1bit，共3bit
值为0，除非协议扩展（Extensions）声明了非0的值的含义。如果服务端收到非0的值，并且没有相应的定义，那么服务端将直接终止连接。
Opcode 4bit
x0 后续帧
x1 文本帧
x2 二进制帧
x3-X7 非控制帧预留
x8 关闭连接
x9 PING
xA PONG
xB-xF 控制帧预留
Mask 1 bit 是否掩码。客户端向服务器发送，必须掩码。服务端向客户端发送不需掩码
PayLoad Length 7bits,7+16bits,7+64bits，如果值为 0-125，则数据包长度为0-125.如果值为126，则后2个字节为数据包长度：16bit。如果值为127，则后8个字节为数据包长度：64bit。
Masking-Key, 0-4bits.是否有值取决于 Mask 标识位是否为1.
Extension data X bytes 如果在握手时协商了扩展，会有值，否则为0
Application data y bytes 剩余消息包
PayLoad data （x+y）bytes 总消息包=Extension data + Application data.如果有掩码，解码公式如下：