Socket與WebSocket之分析對比

以前提到Lua 與nodejs使用socket通訊，但因爲服務端的限制，最終依然選擇了 LuaSocket。

如今，面對一個全新的項目，我天然而然地選擇了 WebSocket。

所以，我須要瞭解下面這些問題：

1. Socket 和 WebSocket 有哪些區別和聯繫？
2. WebSocket 和 HTML5 是什麼關係？
3. 必須在瀏覽器中才能使用 WebSocket 嗎？
4. WebSocket 能和 Socket 同樣傳輸 raw 數據麼？
5. WebSocket 和 Socket 相比會多耗費流量麼？

可是，目前網上全面介紹這兩種協議的中文文章並很少，或者說不夠全面。我沒法找到一篇文章能解決上面的全部問題。所以，我寫了本文，把找到的 Socket 和 WebSocket 的相關資料作一個梳理，以方便理解。

本文並不能直接完整回答上面提出的幾個問題，但讀完本文，要理解上面的那些問題，是很容易的事。

因爲能力有限，本文不可能很長。並且，技術細節並不是全部人都願意仔細瞭解。本文包含了大量的外部連接，跟隨這些連接，能夠找到足夠多的細節，知足你/個人求知慾。

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1. 概述

選擇了 WebSocket 技術以後，不可避免的，我要將它和其餘協議以及技術作一下比較。最多見的，就是須要比較 WebSocket 與 HTTP、Socket 技術的異同。

WebSocket 是爲了知足基於 Web 的日益增加的實時通訊需求而產生的。在傳統的 Web 中，要實現實時通訊，通用的方式是採用 HTTP 協議不斷髮送請求。但這種方式即浪費帶寬（HTTP HEAD 是比較大的），又消耗服務器 CPU 佔用（沒有信息也要接受請求）。（下圖來自 WebSocket.org）

而是用 WebSocket 技術，則會大幅下降上面提到的消耗：（下圖來自 websocket.org）

關於更詳細的描述，尹立的這篇文章講得很是好：WebSocket（2）–爲何引入WebSocket協議 。

那麼，WebSocket 到底與 HTTP 協議究竟是一個什麼樣的關係呢？它和 Socket 又有什麼聯繫？這就要講到 OSI 模型和 TCP/IP 協議族。

2. OSI 模型與 TCP/IP

如下是 維基百科 中關於OSI 模型的說明：

開放式系統互聯通訊參考模型（英語：Open System Interconnection Reference Model，ISO/IEC 7498-1），簡稱爲OSI模型（OSI model），一種概念模型，由國際標準化組織（ISO）提出，一個試圖使各類計算機在世界範圍內互連爲網絡的標準框架。

而 TCP/IP 協議能夠看作是對 OSI 模型的一種簡化（如下內容來自 維基百科）：

它將軟件通訊過程抽象化爲四個抽象層，採起協議堆疊的方式，分別實做出不一樣通訊協議。協議套組下的各類協議，依其功能不一樣，被分別歸屬到這四個階層之中7，常被視爲是簡化的七層OSI模型。

這裏有一張圖詳細介紹了 TCP/IP 協議族中的各個協議在 OSI模型 中的分佈，一圖勝千言（下圖來自 科來）：

這裏是 PDF 版：

下載

TCP/IP 協議和 OSI 模型的內容，在互聯網上有不少。我沒有必要再次介紹它們。在這裏，咱們只須要知道，HTTP、WebSocket 等協議都是處於 OSI 模型的最高層： 應用層 。而 IP 協議工做在網絡層（第3層），TCP 協議工做在傳輸層（第4層）。

至於 OSI 模型的各個層次都有什麼系統和它們對應，這裏有篇很好的文章能夠知足你們的求知慾：OSI七層模型詳解 。

3. WebSocket、HTTP 與 TCP

從上面的圖中能夠看出，HTTP、WebSocket 等應用層協議，都是基於 TCP 協議來傳輸數據的。咱們能夠把這些高級協議理解成對 TCP 的封裝。

既然你們都使用 TCP 協議，那麼你們的鏈接和斷開，都要遵循 TCP 協議中的三次握手和四次握手 ，只是在鏈接以後發送的內容不一樣，或者是斷開的時間不一樣。

更詳細內容可閱讀：wireshark抓包圖解 TCP三次握手/四次揮手詳解

對於 WebSocket 來講，它必須依賴 HTTP 協議進行一次握手 ，握手成功後，數據就直接從 TCP 通道傳輸，與 HTTP 無關了。

4. Socket 與 WebScoket

Socket 其實並非一個協議。它工做在 OSI 模型會話層（第5層），是爲了方便你們直接使用更底層協議（通常是 TCP 或 UDP ）而存在的一個抽象層。

最先的一套 Socket API 是 Berkeley sockets ，採用 C 語言實現。它是 Socket 的事實標準，POSIX sockets 是基於它構建的，多種編程語言都遵循這套 API，在 JAVA、Python 中都能看到這套 API 的影子。

下面摘錄一段更容易理解的文字（來自 http和socket之長鏈接和短鏈接區別）：

Socket是應用層與TCP/IP協議族通訊的中間軟件抽象層，它是一組接口。在設計模式中，Socket其實就是一個門面模式，它把複雜的TCP/IP協議族隱藏在Socket接口後面，對用戶來講，一組簡單的接口就是所有，讓Socket去組織數據，以符合指定的協議。

主機 A 的應用程序要能和主機 B 的應用程序通訊，必須經過 Socket 創建鏈接，而創建 Socket 鏈接必須須要底層 TCP/IP 協議來創建 TCP 鏈接。創建 TCP 鏈接須要底層 IP 協議來尋址網絡中的主機。咱們知道網絡層使用的 IP 協議能夠幫助咱們根據 IP 地址來找到目標主機，可是一臺主機上可能運行着多個應用程序，如何才能與指定的應用程序通訊就要經過 TCP 或 UPD 的地址也就是端口號來指定。這樣就能夠經過一個 Socket 實例惟一表明一個主機上的一個應用程序的通訊鏈路了。

而 WebSocket 則不一樣，它是一個完整的 應用層協議，包含一套標準的 API 。

因此，從使用上來講，WebSocket 更易用，而 Socket 更靈活。

5. HTML5 與 WebSocket

WebSocket API 是 HTML5 標準的一部分， 但這並不表明 WebSocket 必定要用在 HTML 中，或者只能在基於瀏覽器的應用程序中使用。

實際上，許多語言、框架和服務器都提供了 WebSocket 支持，例如：

• 基於 C 的 libwebsocket.org
• 基於 Node.js 的 Socket.io
• 基於 Python 的 ws4py
• 基於 C++ 的 WebSocket++
• Apache 對 WebSocket 的支持： Apache Module mod_proxy_wstunnel
• Nginx 對 WebSockets 的支持： NGINX as a WebSockets Proxy 、 NGINX Announces Support for WebSocket Protocol 、WebSocket proxying
• lighttpd 對 WebSocket 的支持：mod_websocket