前言：
前段时间，在公司的项目中用到了WebSocket，当时没有时间好好整理。
最近，趁着有时间，就好好梳理了一下WebSocket的相关知识。
本篇将介绍以下内容：
1、什么是WebSocket？
2、WebSocket使用场景
3、WebSocket底层原理（协议）
4、iOS中WebSocket的相关框架
一、什么是 WebSocket ？
WebSocket = “HTTP第1次握手” + TCP的“全双工“通信 的网络协议。
主要过程：
- 首先，通过
HTTP第一次握手保证连接成功。 - 其次，再通过
TCP实现浏览器与服务器全双工(full-duplex)通信。（通过不断发ping包、pang包保持心跳）
最终，使得 “服务端” 拥有 “主动” 发消息给 “客户端” 的能力。
这里有几个重点：
-
WebSocket是基于TCP的上部应用层网络协议。 - 它依赖于
HTTP的第一次握手成功 + 之后的TCP双向通信。
二、WebSocket 应用场景
1. IM（即时通讯）
典型例子：微信、QQ等
当然，用户量如果非常大的话，仅仅依靠WebSocket肯定是不够的，各大厂应该也有自己的一些优化的方案与措施。但对于用户量不是很大的即时通讯需求，使用WebSocket是一种不错的方案。
2. 游戏（多人对战）
典型例子：王者荣耀等（应该都玩过）
3. 协同编辑（共享文档）
多人同时编辑同一份文档时，可以实时看到对方的操作。
这时，就用上了WebSocket。
4. 直播/视频聊天
对音频/视频需要较高的实时性。
5. 股票/基金等金融交易平台
对于股票/基金的交易来说，每一秒的价格可能都会发生变化。
6. IoT（物联网 / 智能家居）
例如，我们的App需要实时的获取智能设备的数据与状态。
这时，就需要用到WebSocket。
......
等等等等
只要是一些对 “实时性” 要求比较高的需求，可能就会用到WebSocket。
三、WebSocket 底层原理
WebSocket是一个网络上的应用层协议，它依赖于HTTP协议的第一次握手，握手成功后，数据就通过TCP/IP协议传输了。
WebSocket分为握手阶段和数据传输阶段，即进行了HTTP一次握手 + 双工的TCP连接。
1、握手阶段
首先，客户端发送消息：
GET /chat HTTP/1.1
Host: server.qishare.org
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Origin: http://qishare.org
Sec-WebSocket-Version: 13
然后，服务端返回消息：
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
这里值得注意的是Sec-WebSocket-Accept的计算方法：
base64(hsa1(sec-websocket-key + 258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11))
- 如果这个
Sec-WebSocket-Accept计算错误，浏览器会提示：Sec-WebSocket-Accept dismatch； - 如果返回成功，
Websocket就会回调onopen事件
2、传输阶段
WebSocket是以 frame 的形式传输数据的。
比如会将一条消息分为几个frame，按照先后顺序传输出去。
这样做会有几个好处：
- 较大的数据可以分片传输，不用考虑到数据大小导致的长度标志位不足够的情况。
- 和
HTTP的chunk一样，可以边生成数据边传递消息，即提高传输效率。
WebSocket传输过程使用的报文，如下所示：
具体的参数说明如下：
-
FIN（1 bit）：
表示信息的最后一帧，flag，也就是标记符。
PS：当然第一个消息片断也可能是最后的一个消息片断； -
RSV1、RSV2、RSV3（均为1 bit）：
默认均为0。如果有约定自定义协议则不为0，一般均为0。（协议扩展用） -
Opcode（4 bit）：
定义有效负载数据，如果收到了一个未知的操作码，连接也必须断掉，以下是定义的操作码：
| 操作码 | 含义 |
|---|---|
| %x0 | 连续消息片断 |
| %x1 | 文本消息片断 |
| %x2 | 二进制消息片断 |
| %x3-7 | （预留位）为将来的非控制消息片断保留的操作码。 |
| %x8 | 连接关闭 |
| %x9 | 心跳检查ping |
| %xA | 心跳检查pong |
| %xB-F | （预留位）为将来的控制消息片断的保留操作码。 |
-
Mask（1 bit）：
是否传输数据添加掩码。
若为1，掩码必须放在masking-key区域。（后面会提到..）
注：客户端给服务端发消息Mask值均为1。 -
Payload length：
Payload字段用来存储传输数据的长度。
本身Payload报文字段的大小可能有三种情况：7 bit、7+16 bit、7+64 bit。
第一种：7 bit，表示从0000000 ~ 1111101（即0~125），表示当前数据的length大小（较小数据，最大长度为125）。
第二种：(7+16) bit：前7位为1111110（即126），126代表后面会跟着2个字节无符号数，用来存储数据length大小（长度最小126，最大为65 535）。
第三种：(7+64) bit：前7位为1111111（即127），127代表后面会跟着8个字节无符号数，用来存储数据length大小（长度最小为65536，最大为2^16-1）。
| Payload报文长度 | 所传输的数据大小区间 |
|---|---|
| 7 bit | [ 0, 125] |
| 7 +16 bit | [ 126 , 65535] |
| 7 + 64 bit | [ 65536, 2^16 -1] |
说明：
传输数据的长度，以字节的形式表示：7位、7+16位、或者7+64位。
1）如果这个值以字节表示是0-125这个范围，那这个值就表示传输数据的长度；
2）如果这个值是126，则随后的2个字节表示的是一个16进制无符号数，用来表示传输数据的长度；
3）如果这个值是127,则随后的是8个字节表示的一个64位无符号数，这个数用来表示传输数据的长度。
-
Masking-key（0 bit / 4 bit）：
0 bit：说明mask值不为1，无掩码。
4 bit：说明mask值为1，添加掩码。
PS：客户端发送给服务端数据时，
mask均为1。
同时，Masking-key会存储一个32位的掩码。
-
Payload data（x+y byte）：
负载数据为扩展数据及应用数据长度之和。 -
Extension data（x byte）：
如果客户端与服务端之间没有特殊约定，那么扩展数据的长度始终为0，任何的扩展都必须指定扩展数据的长度，或者长度的计算方式，以及在握手时如何确定正确的握手方式。如果存在扩展数据，则扩展数据就会包括在负载数据的长度之内。 -
Application data（y byte）：
任意的应用数据，放在扩展数据之后。
应用数据的长度 = 负载数据的长度 - 扩展数据的长度
即：Application data = Payload data - Extension data
四、iOS 中 WebSocket 相关框架
WebSocket（iOS客户端）：
-
Starscream（swift）：
Websockets in swift for iOS and OSX.（star 5k+） -
SocketRocket（objective-c）：
A conforming Objective-C WebSocket client library.（star：8k+） -
SwiftWebSocket（swift）：
Fast Websockets in Swift for iOS and OSX.（star：1k+）
Socket（iOS客户端）：
-
CocoaAsyncSocket：
Asynchronous socket networking library for Mac and iOS.（star：11k+） -
socket.io-client-swift：
Socket.IO-client for iOS/OS X.（star：4k+）
下一篇，我们将用Starscream写一个简单的客户端WebSocket Demo。
相关参考链接：
《微信,QQ这类IM app怎么做——谈谈Websocket》（冰霜大佬）
《WebSocket的实现原理》 `
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