WebSocket详解（六）：刨根问底WebSocket与Socket的关系

1、前言

对于很多初次接触Web端即时通讯技术的人来说，WebSocket是个很新的概念，但无疑它也是当前Web端即时通讯技术中最热门的关键词。随便点开一篇文章，只要说打算开发Web端即时通讯类应用，老司机们无一例外推荐的都是WebSocket。

那么好了，我知道应该用WebSocket，但本着知其然知其所以然的码农习惯，我还是需要了解下面这些问题：

• Socket 和 WebSocket 有哪些区别和联系？
• WebSocket 和 HTML5 是什么关系？
• 必须在浏览器中才能使用 WebSocket 吗？
• WebSocket 能和 Socket 一样传输 raw 数据么？
• WebSocket 和 Socket 相比会多耗费流量么？
  

但是，目前网上全面介绍这两种协议的中文文章并不多，或者说不够全面。我无法找到一篇文章能解决上面的所有问题。因此，我写了本文，把找到的 Socket 和 WebSocket 的相关资料做一个梳理，以方便理解。

本文并不能直接完整回答上面提出的几个问题，但读完本文，要理解上面的那些问题，是很容易的事。由于能力有限，本文不可能很长。而且，技术细节并非所有人都愿意仔细了解。但本文包含了大量的外部链接，跟随这些链接，可以找到足够多的细节，满足你/我的求知欲。Are you ready？

2、系列文章

本文是系列文章中的第5篇，本系列文章的大纲如下：

• 《WebSocket详解（一）：初步认识WebSocket技术》
• 《WebSocket详解（二）：技术原理、代码演示和应用案例》
• 《WebSocket详解（三）：深入WebSocket通信协议细节》
• 《WebSocket详解（四）：刨根问底HTTP与WebSocket的关系(上篇)》
• 《WebSocket详解（五）：刨根问底HTTP与WebSocket的关系(下篇)》
• 《WebSocket详解（六）：刨根问底WebSocket与Socket的关系》（本文）
  

3、更多资料

Web端即时通讯新手入门贴：
《新手入门贴：详解Web端即时通讯技术的原理》

Web端即时通讯技术盘点请参见：
《Web端即时通讯技术盘点：短轮询、Comet、Websocket、SSE》

关于Ajax短轮询：
找这方面的资料没什么意义，除非忽悠客户，否则请考虑其它3种方案即可。

有关Comet技术的详细介绍请参见：
《Comet技术详解：基于HTTP长连接的Web端实时通信技术》
《WEB端即时通讯：HTTP长连接、长轮询（long polling）详解》
《WEB端即时通讯：不用WebSocket也一样能搞定消息的即时性》
《开源Comet服务器iComet：支持百万并发的Web端即时通讯方案》

更多WebSocket的详细介绍请参见：
《新手快速入门：WebSocket简明教程》
《理论联系实际：从零理解WebSocket的通信原理、协议格式、安全性》
《八问WebSocket协议：为你快速解答WebSocket热门疑问》
《Socket.IO介绍：支持WebSocket、用于WEB端的即时通讯的框架》
《socket.io和websocket 之间是什么关系？有什么区别？》
《Web端即时通讯实践干货：如何让你的WebSocket断网重连更快速？》

有关SSE的详细介绍文章请参见：
《SSE技术详解：一种全新的HTML5服务器推送事件技术》

更多WEB端即时通讯文章请见：
http://www.52im.net/forum.php?mod=collection&action=view&ctid=15

4、技术对比

选择了 WebSocket 技术之后，不可避免的，我要将它和其他协议以及技术做一下比较。最常见的，就是需要比较 WebSocket 与 HTTP、Socket 技术的异同。本系列文章中《WebSocket详解（四）：刨根问底HTTP与WebSocket的关系(上篇)》、《WebSocket详解（五）：刨根问底HTTP与WebSocket的关系(下篇)》两篇详细讨论了WebSocket和HTTP的关系，那么本篇将只讨论WebSocket和Socket的话题。

WebSocket 是为了满足基于 Web 的日益增长的实时通信需求而产生的。在传统的 Web 中，要实现实时通信（比如网页的QQ，聊天系统等），通用的方式是采用 HTTP 协议不断发送请求（按照以往的技术能力通常是采用轮询、Comet技术解决）。

HTTP协议是非持久化的，单向的网络协议，在建立连接后只允许浏览器向服务器发出请求后，服务器才能返回相应的数据。当需要即时通讯时，通过轮询在特定的时间间隔（如1秒），由浏览器向服务器发送Request请求，然后将最新的数据返回给浏览器。这样的方法最明显的缺点就是需要不断的发送请求，而且通常HTTP request的Header是非常长的，为了传输一个很小的数据 需要付出巨大的代价，是很不合算的，占用了很多的宽带。这种方式即浪费带宽（HTTP HEAD 是比较大的），又消耗服务器 CPU 占用（没有信息也要接受请求）。


▲ 轮询和WebSocket技术在网络延迟上的对比（本图来自：websocket.org）

而是用 WebSocket 技术，则会大幅降低上面提到的消耗，如下图所示。


▲ 轮询和WebSocket技术在数据流量消耗上的对比（本图来自：websocket.org）

关于更详细的描述，尹立的这篇文章讲得非常好：《WebSocket（2）–为什么引入WebSocket协议 》。

那么，WebSocket 到底和 Socket 又有什么联系？这就要讲到 OSI 模型和 TCP/IP 协议族。

5、OSI 模型与 TCP/IP

以下是 维基百科 中关于OSI 模型的说明：

开放式系统互联通信参考模型（英语：Open System Interconnection Reference Model，ISO/IEC 7498-1），简称为OSI模型（OSI model），一种概念模型，由国际标准化组织（ISO）提出，一个试图使各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架。

而 TCP/IP 协议可以看做是对 OSI 模型的一种简化（以下内容来自 维基百科）：

它将软件通信过程抽象化为四个抽象层，采取协议堆叠的方式，分别实作出不同通信协议。协议套组下的各种协议，依其功能不同，被分别归属到这四个阶层之中7，常被视为是简化的七层OSI模型。

这里有一张图详细介绍了 TCP/IP 协议族中的各个协议在 OSI模型 中的分布，一图胜千言（此图高清版：点此下载）：


TCP/IP 协议和 OSI 模型的内容，在互联网上有很多。我没有必要再次介绍它们。在这里，我们只需要知道，HTTP、WebSocket 等协议都是处于 OSI 模型的最高层： 应用层 。而 IP 协议工作在网络层（第3层），TCP 协议工作在传输层（第4层）。

至于 OSI 模型的各个层次都有什么系统和它们对应，这里有篇很好的文章可以满足大家的求知欲：OSI七层模型详解 。

6、WebSocket 与 TCP

从上面的图中可以看出，HTTP、WebSocket 等应用层协议，都是基于 TCP 协议来传输数据的，我们可以把这些高级协议理解成对 TCP 的封装。

既然大家都使用 TCP 协议，那么大家的连接和断开，都要遵循 TCP 协议中的三次握手和四次握手 ，只是在连接之后发送的内容不同，或者是断开的时间不同。

更详细内容可阅读：《wireshark抓包图解 TCP三次握手/四次挥手详解》。

对于 WebSocket 来说，它必须依赖 HTTP 协议进行一次握手 ，握手成功后，数据就直接从 TCP 通道传输，与 HTTP 无关了（具体可见文章《WebSocket详解（五）：刨根问底HTTP与WebSocket的关系(下篇)》）。

7、再来八卦一下WebSocket的由来

由于年代久远，计算机方面很多事情也搞不了那么清楚。但WebSocket是一个很新的东西，可以让我们看到它是如何成为现在我们看到的这个样子的。

7.1WHATWG(Web Hypertext Application Technology Working Group)

关于HTML5的故事很多人都是知道的，w3c放弃了HTML，然后有一群人（也有说是这些人供职的公司，不过官方的文档上是说的个人）创立了WHATWG组织来推动HTML语言的继续发展，同时，他们还发展了很多关于Web的技术标准，这些标准不断地被官方所接受。WebSocket就属于WHATWG发布的Web Application的一部分（即HTML5）的产物。

7.2为什么会有WebSocket

大约在08年的时候，WG的工程师在讨论网络环境中需要一种全双工的连接形式，刚开始一直叫做「TCPConnection」，并讨论了这种协议需要支持的功能，大致已经和我们今天看到的WebSocket差不多了。他们认为基于现有的HTTP之上的一些技术（如长轮询、Comet）并满足不了这种需求，有必要定义一个全新的协议。

7.3名称的由来

在很多的关于HTML5或者WebSocket的文档中，都能看到一个名字，Hixie（Ian Hickson），他是WHATWG组织的发言人，曾供职于Netscape、Opera、Google，看工作的公司就知道这个人的背景了。


▲ hixie

08年6月18日，一群WHATWG的工程师在讨论一些技术问题，一个工程师提到说「我们之前讨论的那个东西，不要叫TCPConnection 了，还是起个别的名字吧 」，接着几个名字被提及，DuplexConnection，TCPSocket，SocketConnection ，一个叫mcarter（Michael Carter ）的工程师说他马上要写一篇关于Comet的文章，如果可以确定这个名称，想在文章中引用这个名字。

Socket一直以来都被人用来表示网络中一个连接的两端，考虑到怎么让工程师更容易接受，后来Hixie说了一句「我看WebSocket这个名字就很适合嘛（Hixie briefly pops back online to record that "WebSocket" would probably be a good new name for the TCPConnection object）」，大家都没有异议，紧接着mcarter在Comet Daily中发表了文章《Independence Day: HTML5 WebSocket Liberates Comet From Hacks》，后来随着各大浏览器对WebSocket的支持，它变成了实际的标准，IETF也沿用了这个名字。

下边是在WHATWG文档中对WebSocket接口的定义：

enum BinaryType { "blob", "arraybuffer" };
[Constructor(USVString url, optional (DOMString or sequence<DOMString>) protocols = []), Exposed=(Window,Worker)]
interface WebSocket : EventTarget {
  readonly attribute USVString url;

  // ready state
  const unsigned short CONNECTING = 0;
  const unsigned short OPEN = 1;
  const unsigned short CLOSING = 2;
  const unsigned short CLOSED = 3;
  readonly attribute unsigned short readyState;
  readonly attribute unsigned long long bufferedAmount;

  // networking
  attribute EventHandler onopen;
  attribute EventHandler onerror;
  attribute EventHandler onclose;
  readonly attribute DOMString extensions;
  readonly attribute DOMString protocol;
  void close([Clamp] optional unsigned short code, optional USVString reason);

  // messaging
  attribute EventHandler onmessage;
  attribute BinaryType binaryType;
  void send(USVString data);
  void send(Blob data);
  void send(ArrayBuffer data);
  void send(ArrayBufferView data);
};

8、再来看看Socket

Socket可以有很多意思，和IT较相关的本意大致是指在端到端的一个连接中，这两个端叫做Socket。对于IT从业者来说，它往往指的是TCP/IP网络环境中的两个连接端，大多数的API提供者（如操作系统，JDK）往往会提供基于这种概念的接口，所以对于开发者来说也往往是在说一种编程概念。同时，操作系统中进程间通信也有Socket的概念，但这个Socket就不是基于网络传输层的协议了。

8.1Unix中的Socket

操作系统中也有使用到Socket这个概念用来进行进程间通信，它和通常说的基于TCP/IP的Socket概念十分相似，代表了在操作系统中传输数据的两方，只是它不再基于网络协议，而是操作系统本身的文件系统。

8.2网络中的Socket

通常所说的Socket API，是指操作系统中（也可能不是操作系统）提供的对于传输层（TCP/UDP）抽象的接口。现行的Socket API大致都是遵循了BSD Socket规范（包括Windows）。这里称规范其实不太准确，规范其实是POSIX，但BSD Unix中对于Socket的实现被广为使用，所以成为了实际的规范。如果你要使用HTTP来构建服务，那么就不需要关心Socket，如果你想基于TCP/IP来构建服务，那么Socket可能就是你会接触到的API。


▲ 在TCP/IP网络中HTTP的位置

从上图中可以看到，HTTP是基于传输层的TCP协议的，而Socket API也是，所以只是从使用上说，可以认为Socket和HTTP类似（但一个是成文的互联网协议，一个是一直沿用的一种编程概念），是对于传输层协议的另一种直接使用，因为按照设计，网络对用户的接口都应该在应用层。

8.3Socket名称的由来

和很多其他Internet上的事物一样，Socket这个名称来自于大名鼎鼎的ARPANET（Advanced Research Projects Agency），早期ARPANET中的Socket指的是一个源或者目的地址——大致就是今天我们所说的IP地址和端口号。最早的时候一个Socket指的是一个40位的数字（RFC33中说明了此用法，但在RFC36中并没有明确地说使用40位数字来标识一个地址），其中前32为指向的地址（socket number，大致相当于IP），后8位为发送数据的源（link，大致相当于端口号）。对他们的叫法有很多的版本，这里列举的并不严谨。

8.4端口号的野史

随着ARPANET的发展，后来（RFC433，Socket Number List）socket number被明确地定义为一个40位的数字，其中后8位被用来制定某个特定的应用使用（比如1是Telnet）。这8位数有很多名字：link、socket name、AEN（another eight number，看到这个名字我也是醉了），工程师逗逼起来也是挺拼的。

后来在Internet的规范制定中，才真正的用起了port number这个词。至于为什么端口号是16位的，我想可能有两个原因，一是对于当时的工程师来说，如果每个端口号来标识一个程序，65535个端口号也差不多够用了。二可能是为了对齐吧，_!!。

8.5Socket原本的意思

在上边提到的历史中使用到的Socket，包括TCP文档中使用到的Socket，其实指的是网络传输中的一端，是一个虚拟化的概念。

9、Socket 与 WebSocket 的关系

正如上节所述：Socket 其实并不是一个协议，它工作在 OSI 模型会话层（第5层），是为了方便大家直接使用更底层协议（一般是 TCP 或 UDP ）而存在的一个抽象层。

最早的一套 Socket API 是 Berkeley sockets ，采用 C 语言实现。它是 Socket 的事实标准，POSIX sockets 是基于它构建的，多种编程语言都遵循这套 API，在 JAVA、Python 中都能看到这套 API 的影子。

下面摘录一段更容易理解的文字（来自 http和socket之长连接和短连接区别）：

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

主机 A 的应用程序要能和主机 B 的应用程序通信，必须通过 Socket 建立连接，而建立 Socket 连接必须需要底层 TCP/IP 协议来建立 TCP 连接。建立 TCP 连接需要底层 IP 协议来寻址网络中的主机。我们知道网络层使用的 IP 协议可以帮助我们根据 IP 地址来找到目标主机，但是一台主机上可能运行着多个应用程序，如何才能与指定的应用程序通信就要通过 TCP 或 UPD 的地址也就是端口号来指定。这样就可以通过一个 Socket 实例唯一代表一个主机上的一个应用程序的通信链路了。

而 WebSocket 则不同，它是一个完整的 应用层协议，包含一套标准的 API。

所以，从使用上来说，WebSocket 更易用，而 Socket 更灵活。

10、最后提一下 HTML5 与 WebSocket 的关系

WebSocket API是 HTML5 标准的一部分， 但这并不代表 WebSocket 一定要用在 HTML 中，或者只能在基于浏览器的应用程序中使用。

实际上，许多语言、框架和服务器都提供了 WebSocket 支持，例如：

• 1）基于 C 的 libwebsocket.org；
• 2）基于 Node.js 的 Socket.io；
• 3）基于 Python 的 ws4py；
• 4）基于 C++ 的 WebSocket++；
• 5）Apache 对 WebSocket 的支持： Apache Module mod_proxy_wstunnel；
• 6）Nginx 对 WebSockets 的支持： NGINX as a WebSockets Proxy 、 NGINX Announces Support for WebSocket Protocol 、WebSocket proxying；
• 7）lighttpd 对 WebSocket 的支持：mod_websocket。
  

附录：其它Web端即时通讯技术文章

《新手入门贴：史上最全Web端即时通讯技术原理详解》
《Web端即时通讯技术盘点：短轮询、Comet、Websocket、SSE》
《SSE技术详解：一种全新的HTML5服务器推送事件技术》
《Comet技术详解：基于HTTP长连接的Web端实时通信技术》
《新手快速入门：WebSocket简明教程》
《socket.io实现消息推送的一点实践及思路》
《LinkedIn的Web端即时通讯实践：实现单机几十万条长连接》
《Web端即时通讯技术的发展与WebSocket、Socket.io的技术实践》
《Web端即时通讯安全：跨站点WebSocket劫持漏洞详解(含示例代码)》
《开源框架Pomelo实践：搭建Web端高性能分布式IM聊天服务器》
《使用WebSocket和SSE技术实现Web端消息推送》
《详解Web端通信方式的演进：从Ajax、JSONP 到 SSE、Websocket》
《MobileIMSDK-Web的网络层框架为何使用的是Socket.io而不是Netty？》
>> 更多同类文章 ……

WebSocket如果能像http这样被用的这么极致，估计Web应用在某些方面会更牛逼，期待！

这篇文章正是我想要的，大赞！

看的不是很懂，还是很大收获

引用：605682883 发表于 2018-10-25 18:54
看的不是很懂，还是很大收获

哪里不懂？

想问一下，WebSocket是应用层协议，建立的时候会多走一次http请求，但是之后发送数据也是直接通过tcp传输，
我看我们购买的源码里是直接使用socket的，但是要自己处理半包问题，如果直接使用websocket的话，也可以在连接建立的时候对身份做一些验证，就不需要通过消息的形式验证身份了，
与直接使用Socket自己去封装协议，两者的处理效率差异大吗？

引用：溺水的小青蛙 发表于 2021-06-28 18:26
想问一下，WebSocket是应用层协议，建立的时候会多走一次http请求，但是之后发送数据也是直接通过tcp传输， ...

你的意思是你买的代码，在App端用websocket作为底层通信协议，而不是直接用TCP？

引用：JackJiang 发表于 2021-06-28 21:30
你的意思是你买的代码，在App端用websocket作为底层通信协议，而不是直接用TCP？

嗯 我是想换底层直接使用websocket，不过不知道会不会在效率方面不如直接使用socket，毕竟一个是应用层的协议，一个属于是直接调用传输层

引用：溺水的小青蛙 发表于 2021-06-29 09:02
嗯 我是想换底层直接使用websocket，不过不知道会不会在效率方面不如直接使用socket，毕竟一个是应用层的 ...

回答你的问题很简单，WebSocket这个组合词，前面那3个字母啥意思？你体会一下就有答案了

引用：JackJiang 发表于 2021-06-29 09:17
回答你的问题很简单，WebSocket这个组合词，前面那3个字母啥意思？你体会一下就有答案了

我的理解是这样的：早期大家都是使用socket，经过自己的逻辑封装做底层通讯协议，然后h5的大佬制定了一套通用的协议，命名为websocket，使得大家可以快速上手tcp长连接，后来不止h5，各端都开始支持这套协议，就像短连接都遵循http协议这样。
也不知道我的理解对不对，因为使用websocket的话，app也是支持的，web端也会容易开发一些，但是如果是处理起来效率不如直接使用socket的话，还是要用socket的，现在属于选型阶段。

引用：JackJiang 发表于 2021-06-29 09:17
回答你的问题很简单，WebSocket这个组合词，前面那3个字母啥意思？你体会一下就有答案了

WebSocket API是 HTML5 标准的一部分， 但这并不代表 WebSocket 一定要用在 HTML 中，或者只能在基于浏览器的应用程序中使用，这个是文章里的内容，我觉得不能因为命名是web，就说明不适合用在app吧

引用：溺水的小青蛙 发表于 2021-06-29 14:58
WebSocket API是 HTML5 标准的一部分， 但这并不代表 WebSocket 一定要用在 HTML 中，或者只能在基于浏览 ...

我想表达的意思是，有更强大的（准确地说是更底层），技术资源（包括源码、资料）更丰富的，久经考验的tcp、udp，为什么要用才标准化没几年，连客户端的各种库都是开源或半开源的（你肯定也在找这些库）、未经大产品考验的东西，你干嘛非得去舍近求远啊。。。

web技术里用它，那是因为在它之前并没有真正的长连接技术，它就是为了解决这个问题而出现，而你富客户端不存在这些问题，用它的目的是啥呢。。。

我觉得app端用webscoket的，多数情况肯定不是因为websocket比更底层的tcp更好，而是因为手上没有技术积累，与其从tcp撸，而不如从看似更简单的webscoket开始，就是这个心态。而且，还能跟web端用同一种接入层。。。 貌似看起来真的很美 。。

引用：JackJiang 发表于 2021-06-29 21:15
我想表达的意思是，有更强大的（准确地说是更底层），技术资源（包括源码、资料）更丰富的，久经考验的tc ...

对，用websocket的话不需要去考虑半包粘包的策略了，其他倒也没什么不同，而且对刚接触长连接的开发来说，websocket确实好上手一些，其实服务端倒也没什么，两种都可以一起实现

引用：溺水的小青蛙 发表于 2021-06-30 14:49
对，用websocket的话不需要去考虑半包粘包的策略了，其他倒也没什么不同，而且对刚接触长连接的开发来说 ...

虽然我的 MobileIMSDK 里已经支持WebSocket，但你要让我把移动端也换成WebSocket去连，我肯定不干，跟WebSocket为了简单而简单的那点api相比，tcp的可操作空间大多了，并且各种场景久经考验。

引用：JackJiang 发表于 2021-06-30 15:11
虽然我的 MobileIMSDK  里已经支持WebSocket，但你要让我把移动端也换成WebSocket去连，我肯定不干，跟We ...

ok  这个我懂的  肯定越底层实现，可操作空间越大的，我们买的RainbowChat和MobileMSDK源码里，websocket那块还是待实现，是有版本了吗

引用：溺水的小青蛙 发表于 2021-06-30 16:14
ok  这个我懂的  肯定越底层实现，可操作空间越大的，我们买的RainbowChat和MobileMSDK源码里，websocket ...

是的，新版的MobileIMSDK里会有，但我还没有正式对外发布

引用：溺水的小青蛙 发表于 2021-06-29 09:02
嗯 我是想换底层直接使用websocket，不过不知道会不会在效率方面不如直接使用socket，毕竟一个是应用层的 ...

我和你的想法一样的，我也是用websocket做app的实时通信的，我觉得没有问题啊。tcp再强大，一我把握不住，二我不需要tcp的强大，我的场景很简单websocekt可以快速实现为什么不用？那有tcp为什么还要用http？因为简单啊，有tcp为什么要用websocket，因为简单啊
至于效率问题，你自己封装个协议，就算比websocket效率高个数量级，但你有多大并发，多大数据量？所以我觉得一般情况下app用websocket肯定没有问题