WebSocket:讓W(xué)eb更實(shí)時(shí)

聊天、讀新聞、查股票行情、玩游戲……我們總是希望在瀏覽器中可以直接運(yùn)行各種應(yīng)用程序、完成各種復(fù)雜的任務(wù)，而不必添加額外的瀏覽器插件。這就需要Web應(yīng)用程序能夠?qū)崟r(shí)運(yùn)行，但傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議架構(gòu)并不是為現(xiàn)在的富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用（RIA）設(shè)計(jì)的，因此開發(fā)者需要使用老架構(gòu)實(shí)現(xiàn)新功能，這時(shí)難免會(huì)遇到許多問題。現(xiàn)代Web應(yīng)用需要革新傳統(tǒng)C/S（客戶端/服務(wù)器）模式通訊的協(xié)議架構(gòu)——從單向的HTTP問答模式升級(jí)到雙向的實(shí)時(shí)通訊模式。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織W3C和IETF在2011年12月正式采納了WebSocket協(xié)議，從此Web應(yīng)用不再需要冗雜的HTTP替代方案，就可以在WebSocket協(xié)議下更快速、更簡(jiǎn)單地運(yùn)行。

HTTP是單行線

為了通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送或者下載數(shù)據(jù)，客戶端需要與服務(wù)器之間建立TCP連接。TCP連接是為保證在終端之間完成無損數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計(jì)的，使用IP地址和網(wǎng)絡(luò)端口進(jìn)行配對(duì)。眾所周知，數(shù)據(jù)（信息）不僅需要被傳輸，還需要被理解，所以還必須用到一個(gè)運(yùn)行在TCP傳輸層之上的應(yīng)用層協(xié)議，從而實(shí)現(xiàn)客戶端和服務(wù)器之間的“通話”。在網(wǎng)站上，這個(gè)應(yīng)用層協(xié)議主要就是HTTP協(xié)議。盡管TCP支持通過虛擬的透明傳輸層實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，但是應(yīng)用層的HTTP協(xié)議并不支持該選項(xiàng)。簡(jiǎn)單地說，雙向數(shù)據(jù)傳輸意味著允許從服務(wù)器端發(fā)送推送信息到客戶端，這是現(xiàn)代Web應(yīng)用程序的特性之一，但是“單向”的HTTP基于非常簡(jiǎn)單的問答模型，客戶端發(fā)送“請(qǐng)求”，服務(wù)器端才會(huì)進(jìn)行“回復(fù)”。這樣做不僅速度慢而且成本高。

為了保證用戶不需要頻繁地按下更新按鈕，程序員們想到了一些變通的方法，從而能夠通過HTTP協(xié)議“巧妙”地實(shí)現(xiàn)即時(shí)通訊。其中最簡(jiǎn)單常用的一種方法是輪詢（Polling），也就是瀏覽器端的腳本代碼根據(jù)設(shè)定好的頻率向服務(wù)器“詢問”有沒有新事件。輪詢需要為每個(gè)請(qǐng)求建立一個(gè)新的連接，得到“回復(fù)”之后，服務(wù)器就會(huì)中斷連接。如此一來就會(huì)花費(fèi)更多的時(shí)間，而且頻繁地新建TCP連接也會(huì)增加通信量，從而導(dǎo)致線路開銷和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載倍增。另一種變通方案——長(zhǎng)輪詢（Long Polling）比輪詢更先進(jìn)一些，因?yàn)樗梢缘却?wù)器端有新的事件時(shí)才返回“通知”，縮短了可能會(huì)出現(xiàn)的通知延遲（Latency），讓消息傳輸更及時(shí)，但并這沒有完全解決網(wǎng)絡(luò)負(fù)載大的問題。

HTTP streaming是變通方案中最好的一個(gè)，它可以長(zhǎng)時(shí)間保持連接不斷開，同時(shí)在后臺(tái)實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器按照不規(guī)則的順序交換數(shù)據(jù)（無需刷新頁(yè)面）。不過缺點(diǎn)是需要大量運(yùn)用JavaScript對(duì)象XMLHttpRequest，該腳本在不同瀏覽器中的實(shí)現(xiàn)效果并不相同，而且它總是需要兩個(gè)HTTP連接才能完成實(shí)時(shí)雙向通訊。

快速高效的WebSocket

WebSocket協(xié)議通過建立套接層（Socket）解決以上替代方案出現(xiàn)的問題，該套接層可以通過IP地址和端口永久地維持客戶端與服務(wù)器之間的信道，這樣兩端就可以在一個(gè)連接中同時(shí)完成雙向的通訊，而不需要頻繁地發(fā)送“請(qǐng)求”。在HTTP握手建立連接時(shí)有一個(gè)幾乎已經(jīng)被忘記的功能——“協(xié)議協(xié)商升級(jí)”（upgrade）。WebSocket現(xiàn)在將“協(xié)議協(xié)商升級(jí)”重新引入，通過HTTP握手完成應(yīng)用層協(xié)議的升級(jí)。然后瀏覽器就可以調(diào)用WebSocket API，而不是JavaScript對(duì)象。是否啟用了WebSocket連接可以通過瀏覽器地址欄中的統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符（URI）“ws://”和“wss://”（WebSocket安全協(xié)議）進(jìn)行識(shí)別。

為了確保只有獲得允許的WebSocket終端之間才能進(jìn)行通訊，開發(fā)者在HTTP協(xié)議頭部增加了一些安全機(jī)制：客戶端在請(qǐng)求中生成一個(gè)基本的Base64編碼安全密鑰，服務(wù)器收到該密鑰之后對(duì)其進(jìn)行SHA-1加密，然后再返回給客戶端。從而避免WebSocket服務(wù)器遭遇未知源的惡意攻擊，保證只有已知的或者可信的客戶端才可以建立連接。

另一個(gè)重要的保護(hù)機(jī)制出現(xiàn)在HTTP握手之后：WebSocket客戶端必須通過簡(jiǎn)單的異或運(yùn)算模板加密每一個(gè)數(shù)據(jù)包，防止互相連接的代理服務(wù)器將WebSocket連接誤認(rèn)為成HTTP請(qǐng)求。如果不加密數(shù)據(jù)包的話，遭到惡意腳本劫持的代理服務(wù)器就有可能對(duì)其他用戶發(fā)起攻擊。加密之后，因?yàn)榇矸?wù)器無法讀取加密的信息，所以只能將其轉(zhuǎn)發(fā)到指定的終端。

目前，并非所有的瀏覽器都支持最新的WebSocket協(xié)議。但是這種情況在接下來的幾個(gè)月會(huì)發(fā)生改變，因?yàn)閃ebSocket作為HTML5的重要特性之一，可以提供先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)特性，讓W(xué)eb應(yīng)用更加快速、高效和強(qiáng)大。