探索 WebSocket
這篇博文是由 ChatGPT-4o 協助整理的。
介紹
大家好，我是李智維。作為CodeReview平台的創始人兼CTO，以及前LeanCloud工程師，我在WebSocket方面有豐富的經驗，尤其是在IM SDK的開發過程中。
WebSocket的重要性
WebSocket是一種在單一TCP連接上提供全雙工通信信道的協議。它被廣泛應用於需要實時交互的現代應用中，如即時通訊、實時評論、多玩家遊戲、協作編輯和實時股票價格。
WebSocket的現代應用
WebSocket廣泛應用於以下領域：
- 即時通訊（IM）
- 實時評論
- 多玩家遊戲
- 協作編輯
- 實時股票價格
WebSocket的演變
輪詢： 客戶端頻繁請求服務器獲取更新。 長輪詢： 服務器保持請求打開，直到有新信息可用。 HTTP雙向連接： 需要多個連接進行發送和接收，並且每個請求都包含HTTP頭。 單一TCP連接（WebSocket）： 克服了HTTP雙向連接的局限性，提供了更高的實時能力和更低的延遲。
在iOS上實現WebSocket
流行的iOS WebSocket庫：
- SocketRocket（Objective-C，4910 Stars）
- Starscream（Swift，1714 Stars）
- SwiftWebSocket（Swift，435 Stars）
使用SRWebSocket
- 初始化和連接：
SRWebSocket *webSocket = [[SRWebSocket alloc] initWithURLRequest:[NSURLRequest requestWithURL:[NSURL URLWithString:@"ws://echo.websocket.org"]]]; webSocket.delegate = self; [webSocket open]; - 發送消息：
[webSocket send:@"Hello, World!"]; -
接收消息： 實現
SRWebSocketDelegate方法來處理傳入的消息和事件。 - 錯誤處理和事件通知： 適當處理錯誤並通知用戶連接問題。
詳細的WebSocket協議解釋
WebSocket運行在TCP之上，並引入了幾個增強功能：
- 安全模型： 增加了基於瀏覽器的源安全驗證模型。
- 地址和協議命名： 支持單個端口上的多個服務和單個IP地址上的多個域名。
- 幀機制： 通過IP包類似的幀機制增強了TCP，沒有長度限制。
- 關閉握手： 確保連接的乾淨關閉。
WebSocket協議核心
1. 握手： WebSocket握手使用HTTP升級機制：
- 客戶端請求：
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 - 服務器響應：
HTTP/1.1 101 Switching Protocols Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo= Sec-WebSocket-Protocol: chat
2. 數據傳輸： WebSocket幀可以包含UTF-8文本、二進制數據和控制幀，如關閉、ping和pong。
3. 安全： 瀏覽器自動添加Origin頭，這無法被其他客戶端偽造。
WebSocket URI
- ws-URI：
ws://host:port/path?query - wss-URI：
wss://host:port/path?query
WebSocket幀協議
幀結構：
- FIN（1位）： 表示這是消息的最後一個片段。
- RSV1, RSV2, RSV3（各1位）： 保留用於未來使用。
- Opcode（4位）： 定義有效載荷數據的解析方式。
0x0：繼續幀0x1：文本幀0x2：二進制幀0x8：連接關閉0x9：ping0xA：pong
- Mask（1位）： 表示有效載荷數據是否被遮罩。
- 有效載荷長度（7位）： 有效載荷數據的長度。
遮罩鍵： 用於通過遮罩客戶端的幀來防止中間人攻擊。
關閉握手
關閉幀：
- 可以包含表示關閉原因的主體。
- 雙方必須發送和響應關閉幀。
示例
示例1：單幀未遮罩文本消息
0x81 0x05 0x48 0x65 0x6c 0x6c 0x6f
包含“Hello”
示例2：單幀遮罩文本消息
0x81 0x85 0x37 0xfa 0x21 0x3d 0x7f 0x9f 0x4d 0x51 0x58
包含“Hello”，帶遮罩鍵
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”兩幀
高級主題
遮罩和解遮罩：
- 遮罩用於防止中間人攻擊。
- 每個來自客戶端的幀都必須被遮罩。
- 每幀的遮罩鍵是隨機選擇的。
分片：
- 用於發送未知長度的數據。
- 分片消息從FIN為0的幀開始，到FIN為1的幀結束。
控制幀：
- 控制幀（如關閉、ping和pong）有特定的操作碼。
- 這些幀用於管理WebSocket連接的狀態。
擴展性
擴展數據可以放在消息體的應用數據前：
- 保留位可以控制每個幀。
- 保留一些操作碼供未來定義。
- 如果需要更多操作碼，可以使用保留位。
發送：
- 必須確保連接是OPEN狀態。
- 數據封裝在幀中，數據過大時可以選擇分片發送。
- 第一幀的值必須正確，告知接收端數據類型（文本或二進制）。
- 最後一幀的FIN必須設為1。
關閉握手：
- 雙方都可以發送關閉幀。
- 發送關閉幀後，不再發送任何數據。
- 接收到關閉幀後，丟棄以後收到的任何數據。
關閉連接：
- 關閉WebSocket連接，即關閉底下的TCP連接。
- 發送或收到關閉幀後，WebSocket連接狀態為正在關閉。
- 當底下的TCP連接關閉後，WebSocket連接狀態為已關閉。
參考資料
致謝
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