探索 WebSocket
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这篇博文是由 ChatGPT-4o 协助整理的。
介绍
大家好，我是李智维。作为CodeReview平台的创始人兼CTO，以及前LeanCloud工程师，我在WebSocket方面有丰富的经验，尤其是在IM SDK的开发过程中。
WebSocket的重要性
WebSocket是一种在单一TCP连接上提供全双工通信信道的协议。它被广泛应用于需要实时交互的现代应用中，如即时通讯、实时评论、多玩家游戏、协作编辑和实时股票价格。
WebSocket的现代应用
WebSocket广泛应用于以下领域：
- 即时通讯（IM）
- 实时评论
- 多玩家游戏
- 协作编辑
- 实时股票价格
WebSocket的演变
轮询： 客户端频繁请求服务器获取更新。 长轮询： 服务器保持请求打开，直到有新信息可用。 HTTP双向连接： 需要多个连接进行发送和接收，并且每个请求都包含HTTP头。 单一TCP连接（WebSocket）： 克服了HTTP双向连接的局限性，提供了更高的实时能力和更低的延迟。
在iOS上实现WebSocket
流行的iOS WebSocket库：
- SocketRocket（Objective-C，4910 Stars）
- Starscream（Swift，1714 Stars）
- SwiftWebSocket（Swift，435 Stars）
使用SRWebSocket
- 初始化和连接：
SRWebSocket *webSocket = [[SRWebSocket alloc] initWithURLRequest:[NSURLRequest requestWithURL:[NSURL URLWithString:@"ws://echo.websocket.org"]]]; webSocket.delegate = self; [webSocket open]; - 发送消息：
[webSocket send:@"Hello, World!"]; -
接收消息： 实现
SRWebSocketDelegate方法来处理传入的消息和事件。 - 错误处理和事件通知： 适当处理错误并通知用户连接问题。
详细的WebSocket协议解释
WebSocket运行在TCP之上，并引入了几个增强功能：
- 安全模型： 增加了基于浏览器的源安全验证模型。
- 地址和协议命名： 支持单个端口上的多个服务和单个IP地址上的多个域名。
- 帧机制： 通过IP包类似的帧机制增强了TCP，没有长度限制。
- 关闭握手： 确保连接的干净关闭。
WebSocket协议核心
1. 握手： WebSocket握手使用HTTP升级机制：
- 客户端请求：
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 - 服务器响应：
HTTP/1.1 101 Switching Protocols Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo= Sec-WebSocket-Protocol: chat
2. 数据传输： WebSocket帧可以包含UTF-8文本、二进制数据和控制帧，如关闭、ping和pong。
3. 安全： 浏览器自动添加Origin头，这无法被其他客户端伪造。
WebSocket URI
- ws-URI：
ws://host:port/path?query - wss-URI：
wss://host:port/path?query
WebSocket帧协议
帧结构：
- FIN（1位）： 表示这是消息的最后一个片段。
- RSV1, RSV2, RSV3（各1位）： 保留用于未来使用。
- Opcode（4位）： 定义有效载荷数据的解析方式。
0x0：继续帧0x1：文本帧0x2：二进制帧0x8：连接关闭0x9：ping0xA：pong
- Mask（1位）： 表示有效载荷数据是否被遮罩。
- 有效载荷长度（7位）： 有效载荷数据的长度。
遮罩键： 用于通过遮罩客户端的帧来防止中间人攻击。
关闭握手
关闭帧：
- 可以包含表示关闭原因的主体。
- 双方必须发送和响应关闭帧。
示例
示例1：单帧未遮罩文本消息
0x81 0x05 0x48 0x65 0x6c 0x6c 0x6f
包含“Hello”
示例2：单帧遮罩文本消息
0x81 0x85 0x37 0xfa 0x21 0x3d 0x7f 0x9f 0x4d 0x51 0x58
包含“Hello”，带遮罩键
示例3：分片未遮罩文本消息
0x01 0x03 0x48 0x65 0x6c
0x80 0x02 0x6c 0x6f
分片包含“Hel”和“lo”两帧
高级主题
遮罩和解遮罩：
- 遮罩用于防止中间人攻击。
- 每个来自客户端的帧都必须被遮罩。
- 每帧的遮罩键是随机选择的。
分片：
- 用于发送未知长度的数据。
- 分片消息从FIN为0的帧开始，到FIN为1的帧结束。
控制帧：
- 控制帧（如关闭、ping和pong）有特定的操作码。
- 这些帧用于管理WebSocket连接的状态。
扩展性
扩展数据可以放在消息体的应用数据前：
- 保留位可以控制每个帧。
- 保留一些操作码供未来定义。
- 如果需要更多操作码，可以使用保留位。
发送：
- 必须确保连接是OPEN状态。
- 数据封装在帧中，数据过大时可以选择分片发送。
- 第一帧的值必须正确，告知接收端数据类型（文本或二进制）。
- 最后一帧的FIN必须设为1。
关闭握手：
- 双方都可以发送关闭帧。
- 发送关闭帧后，不再发送任何数据。
- 接收到关闭帧后，丢弃以后收到的任何数据。
关闭连接：
- 关闭WebSocket连接，即关闭底下的TCP连接。
- 发送或收到关闭帧后，WebSocket连接状态为正在关闭。
- 当底下的TCP连接关闭后，WebSocket连接状态为已关闭。
参考资料
致谢
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