1.前言
作為下一代的Web標準，HTML5擁有許多引人注目的新特性，如Canvas、本地存儲、多媒體編程接口、WebSocket等，有兩大特點：首先，強化Web網頁的表現(xiàn)性能。其次，追加本地數據庫等Web應用的功能。包括HTML、CSS和JavaScript在內的一套技術組合，減少瀏覽器對于需要插件的豐富性網絡應用服務(plug-inbasedrich internet application,RIA)，如Adobe Flash、Microsoft Silverlight與OracleJavaFX的需求，并且提供更多能有效增強網絡應用的標準集。而有“Web的TCP”支撐的WebSocket在打破了現(xiàn)有的WEB網絡通訊編程模式，WebSocket使得瀏覽器提供對Socket的支持成為可能，在瀏覽器和服務器之間提供了一個基于TCP連接的雙向通道，使得開發(fā)人員可以方便構建實時Web應用。
2.傳統(tǒng)實時WEB的通訊技術
傳統(tǒng)的Web應用的信息交互過程是客戶端通過瀏覽器發(fā)出一個請求(Request)，服務器端接收和審核完請求后進行處理(Response)并返回結果給客戶端，然后客戶端瀏覽器將信息呈現(xiàn)出來，這種機制對于信息變化不是特別頻繁的應用尚能相安無事，但對于那些實時要求比較高的應用來說，當客戶端瀏覽器準備呈現(xiàn)服務器返回的數據信息時，信息有可能已經過時了。保持客戶端和服務器端的信息同步是實時Web應用的關鍵要素。在WebSocket規(guī)范出來之前，開發(fā)人員想實現(xiàn)實時Web應用，只能采用如輪詢(Polling)或Comet技術方案，而Comet則是輪詢技術的改進，長輪詢機制與流技術。
輪詢：客戶端以一定的時間間隔向服務端發(fā)出請求，以頻繁請求的方式來保持客戶端和服務器端的同步。問題在于：當客戶端以固定頻率向服務器發(fā)起請求的時候，服務器端的數據可能并沒有更新，造成無謂的網絡傳輸，屬于低效的實時方案。
長輪詢：長輪詢是對定時輪詢的改進和提高，目地是降低無效的網絡傳輸。當服務器端沒有數據更新時，連接會保持一段時間周期直到數據或狀態(tài)改變或者時間過期，通過這種機制來減少無效的客戶端和服務器間的交互。當服務端數據變更非常頻繁時，就和定時輪詢沒有本質上性能提高。
流：通常在客戶端的頁面使用一個隱藏的窗口向服務端發(fā)出一個長連接的請求。服務器端接到這個請求后作出回應并不斷更新連接狀態(tài)以保證客戶端和服務器端的連接不過期。
將服務器端的信息不斷推向客戶端。但需要針對不同的瀏覽器設計不同的方案來改進用戶體驗，同時在并發(fā)比較大的情況下，對服務器端的資源是一個極大的考驗。
以上方案只是利用Ajax方式來模擬實時的效果，每次交互都是HTTP的請求和應答的過程，每次都帶有一套完整的HTTP頭信息，增加了傳輸的數據量，在實際的應用中，為了模擬真實的實時效果，需要構造兩個HTTP連接來模擬客戶端和服務器之間的雙向通訊，一個連接用來處理客戶端到服務器端的數據傳輸，一個連接用來處理服務器端到客戶端的數據傳輸，增加編程實現(xiàn)的復雜度，同時增加了服務器端的負載，制約了應用系統(tǒng)的擴展性。
3.HTML 5 WebSocket概念及規(guī)范
WebSocket API是下一代客戶端-服務器的異步通信方法。取代了單個的TCP套接字，使用ws或wss協(xié)議，在任意的客戶端和服務器程序通訊。WebSocket目前由W3C進行標準化，已經受到Firefox 4、Chrome 4、Opera 10.70以及Safari 5等瀏覽器的支持，在給定的時間范圍內的任意時刻，相互推送信息。
HTML5 Web Sockets從一個Web客戶端連接到一個遠程端點，需要創(chuàng)建WebSocket實例并為之提供一個URL來表示想要連接到的遠程端點。該規(guī)范定義了ws://以及wss://模式來分別表示WebSocket和安全WebSocket連接。一個WebSocket連接是在客戶端與服務器之間HTTP協(xié)議的初始握手階段將其升級到Web Socket協(xié)議來建立的，其底層仍是TCP/IP連接。
其中：
WS:表示HTML5 WEB Sockets協(xié)議;
Host:表示服務器的地址;
Port:表示待鏈接的端口;
WebSocket Server:表示Server請求資源地址。
Web Sockets使用HTTP Upgrade機制升級到Web Socket協(xié)議，同時兼容HTTP的握手機制，因此HTTP服務器可以與WebSocket服務器共享默認的HTTP與HTTPS端(80和443)。要建立一個WebSocket連接，客戶端和服務器在初次握手的時候從HTTP協(xié)議提升到Web Socket協(xié)議。客戶端瀏覽器首先要向服務器發(fā)起一個HTTP請求，這個請求和通常的HTTP請求不同，包含了一些附加頭信息，其中附加頭信息“Upgrade:WebSocket”,表明是一個申請協(xié)議升級的HTTP請求，服務器端解析附加的頭信息，產生應答信息返回給客戶端，由此客戶端和服務器端的WebSocket建立成功，然后通過鏈接通道自由傳遞信息，并且持續(xù)到客戶端或者服務器端的單方主動關閉連接。連接建立后，WebSocket數據幀以全雙工的模式在客戶端和服務器之間來回傳輸。
典型WebSocket請求與響應例子如下：
其中Sec-WebSocket-Key1,Sec-WebSocket-Key2和[8-byte security key]這幾個頭信息是WebSocket服務器用來生成應答信息的來源，服務器基于以下的算法來產生正確的應答信息：
a)逐個字符讀取Sec-WebSocket-Key1頭信息中的值，將數值型字符連接到一起放到一個臨時字符串里，同時統(tǒng)計所有空格的數量;
b)將在第1步里生成的數字字符串轉換成一個整型數字，然后除以第1步里統(tǒng)計出來的空格數量，將得到的浮點數轉換成整數型;
c)將第2步里生成的整型值轉換為符合網絡傳輸的網絡字節(jié)數組;
d)對Sec-WebSocket-Key2頭信息同樣進行第1到第3步的操作，得到另外一個網絡字節(jié)數組;
e)將[8-byte security key]和在第3,第4步里生成的網絡字節(jié)數組合并成一個16字節(jié)的數組;
f)對第5步生成的字節(jié)數組使用MD5算法生成一個哈希值，這個哈希值就作為安全密鑰返回給客戶端，以表明服務器端獲取了客戶端的請求，同意創(chuàng)建WebSocket連接。
服務端將生成的網絡字節(jié)數組和客戶端提交的頭信息里的[8-byte security key]
合并成一個1 6 位字節(jié)數組并用M D 5 算法加密，然后將生成的安全密鑰作為應答信息返回給客戶端，由此建立雙方的WebSocekt連接通道，實現(xiàn)WebSocket握手信息的處理邏輯。WbSocket服務器由兩個核心類構成，一個是WebSocketServer,另外一個是SocketConnection.
實際的開發(fā)過程中，為構建Web應用，首先需要構建WebSocket規(guī)范的服務器，服務器端的實現(xiàn)不受平臺和開發(fā)語言的限制，只需要遵從WebSocket規(guī)范即可。
如果使用的是一個未加密的WebSocket連接(ws://)，在透明的代理服務器情況下，瀏覽器是不知道代理服務器的，所以不會發(fā)送HTTP CONNECT方法。如使用的是加密的WebSocket安全連接(wss://)，那么在透明代理服務器下，瀏覽器不知道代理服務器，所以不會發(fā)出HTTPCONNECT方法。然而，因為線上信息是加密的，中間透明代理服務器會簡單的讓加密信息通過，因此就增加了使用加密的WebSocket連接的成功率。
HTML5 WebSocket目的是取代輪詢和Comet技術，使客戶端瀏覽器具備像C/S架構下桌面系統(tǒng)的實時通訊能力。瀏覽器通過JavaScript向服務器發(fā)出建立WebSocket連接的請求，連接建立以后，客戶端和服務器端就可以通過TCP連接直接交換數據。因為WebSocket連接本質上就是一個TCP連接，所以在數據傳輸的穩(wěn)定性和數據傳輸量的大小方面，和輪詢以及Comet技術比較，具有很大的性能優(yōu)勢。
4.WebSocket JavaScript接口定義
針對WebSocket JavaScript客戶端接口定義相對比較簡單：
其中 URL屬性代表WebSocket服務器的網絡地址，協(xié)議通常是“ws”,send方法就是發(fā)送數據到服務器端，close方法就是關閉連接。除了這些方法，還有一些很重要的事件：
onOpen,onMessage,onError以及onClose.
5.WebSocket應用場景
5.1 初始數據前臺展示
初始數據通過后臺的數據推送方法到客戶端，客戶端可以在回調函數中收到信息，通過HTML5組件來展示這些信息。
5.2 后臺推送信息，前臺實時更新
增加后臺推送信息代碼，在后臺起一個定時器，定時推送產生消息或者清除信息，并將信息推送給所有的客戶端。
5.3 客戶端拖拽節(jié)點，同步到其他客戶端
增加拖拽同步，監(jiān)聽網內所有信息點，將節(jié)點位置信息發(fā)送給后臺，后臺接收到節(jié)點位置信息后，更新后臺數據，然后將消息轉發(fā)給其他客戶端，實現(xiàn)信息同步操作。
6.WebSocket應用展望
WebSocket作為一個正在演變中的Web規(guī)范，目前用WebSocket構建應用程序可能存在一些風險。WebSocket規(guī)范和API存在變動的可能，盡管目前存在一些局限性，但WebSocket將會成為未來開發(fā)實時Web應用的生力軍。
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