进阶篇：WebSocket

WebSocket 是一种网络通信协议，于 2008 年诞生，2011 年成为国际标准。所有浏览器都已经支持了。

它的最大特点就是，服务器可以主动向客户端推送信息，客户端也可以主动向服务器发送信息，是真正的双向平等对话，属于服务器推送技术的一种。WebSocket 允许服务器端与客户端进行全双工（full-duplex）的通信。

其特点包括：

建立在 TCP 协议之上，服务器端的实现比较容易。
与 HTTP 协议有着良好的兼容性。默认端口也是 80 和 443，并且握手阶段采用 HTTP 协议，因此握手时不容易屏蔽，能通过各种 HTTP 代理服务器。
数据格式比较轻量，性能开销小，通信高效。
可以发送文本，也可以发送二进制数据。
没有同源限制，客户端可以与任意服务器通信，完全可以取代 Ajax。
协议标识符是 ws（如果加密，则为 wss，对应 HTTPS 协议），服务器网址就是 URL。

WebSocket协议是如何工作的？

WebSocket 并不是全新的协议，而是利用了 HTTP 协议来建立连接。WebSocket 连接必须由浏览器发起，且发送的请求协议是一个标准的 HTTP 请求。

格式如下：

GET ws://localhost:3000/ws/chat HTTP/1.1
Host: localhost
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Origin: http://localhost:3000
Sec-WebSocket-Key: client-random-string
Sec-WebSocket-Version: 13

请求 Header 字段意义如下：

Connection: Upgrade： 表示要升级协议；
Upgrade: websocket： 表示要升级到 WebSocket 协议；
Sec-WebSocket-Version: 13： 表示 WebSocket 的版本。如果服务端不支持该版本，需要返回一个 Sec-WebSocket-Versionheader，里面包含服务端支持的版本号；
Sec-WebSocket-Key： 与服务端响应 Header 的 Sec-WebSocket-Accept 是配套的，提供基本的防护，比如恶意的连接，或者无意的连接。

随后，服务器如果接受该请求，就会返回如下响应。到此完成协议升级，后续的数据交互都按照新的协议来。

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: server-random-string

响应 Header 字段意义如下：

响应代码 101 ： 表示本次连接的 HTTP 协议即将被更改；
Connection: Upgrade： 表示协议将升级；
Upgrade: websocket： 表示更改为 WebSocket 协议；
Sec-WebSocket-Accept： 根据客户端请求首部的 Sec-WebSocket-Key 计算出来。计算公式为：将请求 Header 的 Sec-WebSocket-Key 跟 258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11 拼接，通过 SHA1 计算出摘要，并转成 base64 字符串。

实际上，HTTP 协议是建立在 TCP 协议之上的，TCP 协议本身就实现了全双工通信，但是 HTTP 协议的 请求－应答机制 限制了全双工通信。WebSocket 连接建立以后，其实只是简单规定了一下：接下来，咱们通信就不使用 HTTP 协议了，直接互相发数据吧。

安全的 WebSocket 连接机制和 HTTPS 类似。浏览器用 wss://xxx 创建 WebSocket 连接时，会先通过 HTTPS 创建安全的连接，然后，将 HTTPS 升级为 WebSocket 协议，底层通信走的仍然是安全的 SSL/TLS 协议。

客户端

浏览器对 WebSocket 协议的处理，无非就是三件事：

建立连接和断开连接；
发送数据和接收数据；
处理错误。

用法相当简单：

const ws = new WebSocket('ws://localhost:8080')
ws.onopen = function () {
    console.log('连接成功！')
    ws.send('Hello, I am Lizhao!')
    setInterval(() => {
        ws.send('What time is it now? ')
    }, 3000)
}
ws.onmessage = function (e) {
    console.log('服务端响应: ' + e.data)
}
ws.onclose = function (evt) {
    console.log('Bye, WebSocket!')
}

构造函数

WebSocket 对象作为一个构造函数，用于新建 WebSocket 实例：

const ws = new WebSocket('ws://localhost:8080')

执行上面语句之后，客户端就会与服务器进行连接。

属性

readyState（只读）：当前的链接状态，共有四种：
- CONNECTING：值为 0，表示正在连接。
- OPEN：值为 1，表示连接成功，可以通信了。
- CLOSING：值为 2，表示连接正在关闭。
- CLOSED：值为 3，表示连接已经关闭，或者打开连接失败。
binaryType：返回 WebSocket 连接所传输二进制数据的类型，可能值：blob | arraybuffer。
bufferedAmount（只读）：未发送至服务器的字节数。
extensions（只读）：返回服务器已选择的扩展值。目前，可以协定的扩展值只有空字符串或者一个扩展列表。
protocol（只读）：服务器选择的下属协议。
url（只读）： WebSocket 的绝对路径。

事件

open：指定连接成功后的回调函数。
message：指定收到服务器数据后的回调函数。
close：指定连接关闭后的回调函数。
error：指定报错时的回调函数。

可以直接为这四个事件定义函数，可以使用 addEventListener 方法。

ws.onopen = function(event) {}
ws.onmessage = function(event) {}
ws.onclose = function(event) {}
ws.onerror = function(event) {}

ws.addEventListener('open', event => {})
ws.addEventListener('onmessage', event => {})
ws.addEventListener('onclose', event => {})
ws.addEventListener('onerror', event => {})

方法

send()：向服务器发送数据。可以发送文本、Blob 对象、ArrayBuffer 对象：

ws.send('your message')
ws.send(document.querySelector('input[type="file"]').files[0])

const img = canvas_context.getImageData(0, 0, 400, 320)
const binary = new Uint8Array(img.data.length)
for (let i = 0 i < img.data.length i++) {
    binary[i] = img.data[i]
}
ws.send(binary.buffer)

close()：关闭连接。

服务端

要使用 WebSocket，关键在于服务器端支持。WebSocket 在服务端的实现非常丰富，Node.js、Java、C++、Python 等多种语言都有自己的解决方案。

以下通过 Node.js 的 ws 包来启动 WebSocket 连接：

const app = require('express')()
const WebSocket = require('ws')

const wss = new WebSocket.Server({ port: 8080 })
wss.on('connection', (ws) => {
    console.log('连接成功！')
    ws.on('message', (message) => {
        console.log('客户端信息：', message)
        ws.send('Hello, I am WebSocket!')
    })
    setInterval(() => {
        ws.send('This time is ' + new Date().getTime())
    }, 1000)
})

app.get('/', (req, res) => {
    res.sendfile(__dirname + '/index.html')
})
app.listen(3000)

其他常用的 Node 实现：

uWebSockets
Socket.IO
WebSocket-Node
WebSocketd，它的最大特点，就是后台脚本不限语言，标准输入（stdin）就是 WebSocket 的输入，标准输出（stdout）就是 WebSocket 的输出。
```
websocketd --port=8080 bash ./my.sh
```
上面的命令会启动一个 WebSocket 服务器，端口是 8080。每当客户端连接这个服务器，就会执行指定脚本，并将它的输出推送给客户端。
```
websocketd --port=8080 ls
```
上面的命令会执行 ls 命令，从而将当前目录的内容，发给浏览器。使用这种方式实时监控服务器，简直是轻而易举。

websocketd 的实质，就是命令行的 WebSocket 代理。只要命令行可以执行的程序，都可以通过它与浏览器进行 WebSocket 通信。