前言

關(guān)于我和WebSocket的緣：我從大二在計算機網(wǎng)絡(luò)課上聽老師講過之后，第一次使用就到了畢業(yè)之后的第一份工作。直到最近換了工作，到了一家是含有IM社交聊天功能的app的時候，我覺得我現(xiàn)在可以談談我對WebSocket/Socket的一些看法了。要想做IM聊天app，就不得不理解WebSocket和Socket的原理了，聽我一一道來。

目錄

• 1.WebSocket使用場景
• 2.WebSocket誕生由來
• 3.談談WebSocket協(xié)議原理
• 4.WebSocket 和 Socket的區(qū)別與聯(lián)系
• 5.iOS平臺有哪些WebSocket和Socket的開源框架
• 6.iOS平臺如何實現(xiàn)WebSocket協(xié)議

一.WebSocket的使用場景

1.社交聊天
最著名的就是微信，QQ，這一類社交聊天的app。這一類聊天app的特點是低延遲，高即時。即時是這里面要求最高的，如果有一個緊急的事情，通過IM軟件通知你，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境良好的情況下，這條message還無法立即送達到你的客戶端上，緊急的事情都結(jié)束了，你才收到消息，那么這個軟件肯定是失敗的。
2.彈幕
說到這里，大家一定里面想到了A站和B站了。確實，他們的彈幕一直是一種特色。而且彈幕對于一個視頻來說，很可能彈幕才是精華。發(fā)彈幕需要實時顯示，也需要和聊天一樣，需要即時。
3.多玩家游戲
4.協(xié)同編輯
現(xiàn)在很多開源項目都是分散在世界各地的開發(fā)者一起協(xié)同開發(fā)，此時就會用到版本控制系統(tǒng)，比如Git，SVN去合并沖突。但是如果有一份文檔，支持多人實時在線協(xié)同編輯，那么此時就會用到比如WebSocket了，它可以保證各個編輯者都在編輯同一個文檔，此時不需要用到Git，SVN這些版本控制，因為在協(xié)同編輯界面就會實時看到對方編輯了什么，誰在修改哪些段落和文字。
5.股票基金實時報價
金融界瞬息萬變——幾乎是每毫秒都在變化。如果采用的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無法滿足實時性，那么就會給客戶帶來巨大的損失。幾毫秒錢股票開始大跌，幾秒以后才刷新數(shù)據(jù)，一秒鐘的時間內(nèi)，很可能用戶就已經(jīng)損失巨大財產(chǎn)了。
6.體育實況更新
全世界的球迷，體育愛好者特別多，當然大家在關(guān)心自己喜歡的體育活動的時候，比賽實時的賽況是他們最最關(guān)心的事情。這類新聞中最好的體驗就是利用Websocket達到實時的更新！
7.視頻會議/聊天
視頻會議并不能代替和真人相見，但是他能讓分布在全球天涯海角的人聚在電腦前一起開會。既能節(jié)省大家聚在一起路上花費的時間，討論聚會地點的糾結(jié)，還能隨時隨地，只要有網(wǎng)絡(luò)就可以開會。
8.基于位置的應用
越來越多的開發(fā)者借用移動設(shè)備的GPS功能來實現(xiàn)他們基于位置的網(wǎng)絡(luò)應用。如果你一直記錄用戶的位置(比如運行應用來記錄運動軌跡)，你可以收集到更加細致化的數(shù)據(jù)。
9.在線教育
在線教育近幾年也發(fā)展迅速。優(yōu)點很多，免去了場地的限制，能讓名師的資源合理的分配給全國各地想要學習知識的同學手上，Websocket是個不錯的選擇，可以視頻聊天、即時聊天以及其與別人合作一起在網(wǎng)上討論問題...
10.智能家居
這也是我一畢業(yè)加入的一個偉大的物聯(lián)網(wǎng)智能家居的公司。考慮到家里的智能設(shè)備的狀態(tài)必須需要實時的展現(xiàn)在手機app客戶端上，毫無疑問選擇了Websocket。
11.總結(jié)
從上面我列舉的這些場景來看，一個共同點就是，高實時性！

二.WebSocket誕生由來

1.最開始的輪詢Polling階段

這種方式下，是不適合獲取實時信息的，客戶端和服務器之間會一直進行連接，每隔一段時間就詢問一次。客戶端會輪詢，有沒有新消息。這種方式連接數(shù)會很多，一個接受，一個發(fā)送。而且每次發(fā)送請求都會有Http的Header，會很耗流量，也會消耗CPU的利用率。

2.改進版的長輪詢Long polling階段

長輪詢是對輪詢的改進版，客戶端發(fā)送HTTP給服務器之后，有沒有新消息，如果沒有新消息，就一直等待。當有新消息的時候，才會返回給客戶端。在某種程度上減小了網(wǎng)絡(luò)帶寬和CPU利用率等問題。但是這種方式還是有一種弊端：例如假設(shè)服務器端的數(shù)據(jù)更新速度很快，服務器在傳送一個數(shù)據(jù)包給客戶端后必須等待客戶端的下一個Get請求到來，才能傳遞第二個更新的數(shù)據(jù)包給客戶端，那么這樣的話，客戶端顯示實時數(shù)據(jù)最快的時間為2×RTT（往返時間），而且如果在網(wǎng)絡(luò)擁塞的情況下，這個時間用戶是不能接受的，比如在股市的的報價上。另外，由于http數(shù)據(jù)包的頭部數(shù)據(jù)量往往很大（通常有400多個字節(jié)），但是真正被服務器需要的數(shù)據(jù)卻很少（有時只有10個字節(jié)左右），這樣的數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)上周期性的傳輸，難免對網(wǎng)絡(luò)帶寬是一種浪費。

3.WebSocket誕生

現(xiàn)在急需的需求是能支持客戶端和服務器端的雙向通信，而且協(xié)議的頭部又沒有HTTP的Header那么大，于是，Websocket就誕生了！

上圖就是Websocket和Polling的區(qū)別，從圖中可以看到Polling里面客戶端發(fā)送了好多Request，而下圖，只有一個Upgrade，非常簡潔高效。至于消耗方面的比較就要看下圖了

上圖中，我們先看藍色的柱狀圖，是Polling輪詢消耗的流量，這次測試，HTTP請求和響應頭信息開銷總共包括871字節(jié)。當然每次測試不同的請求，頭的開銷不同。這次測試都以871字節(jié)的請求來測試。
**Use case A: **1,000 clients polling every second: Network throughput is (871 x 1,000) = 871,000 bytes = 6,968,000 bits per second (6.6 Mbps)
**Use case B: **10,000 clients polling every second: Network throughput is (871 x 10,000) = 8,710,000 bytes = 69,680,000 bits per second (66 Mbps)
**Use case C: **100,000 clients polling every 1 second: Network throughput is (871 x 100,000) = 87,100,000 bytes = 696,800,000 bits per second (665 Mbps)
而Websocket的Frame是 just two bytes of overhead instead of 871，僅僅用2個字節(jié)就代替了輪詢的871字節(jié)！
**Use case A: **1,000 clients receive 1 message per second: Network throughput is (2 x 1,000) = 2,000 bytes = 16,000 bits per second (0.015 Mbps)
**Use case B: **10,000 clients receive 1 message per second: Network throughput is (2 x 10,000) = 20,000 bytes = 160,000 bits per second (0.153 Mbps)
**Use case C: **100,000 clients receive 1 message per second: Network throughput is (2 x 100,000) = 200,000 bytes = 1,600,000 bits per second (1.526 Mbps)

相同的每秒客戶端輪詢的次數(shù)，當次數(shù)高達10W/s的高頻率次數(shù)的時候，Polling輪詢需要消耗665Mbps，而Websocket僅僅只花費了1.526Mbps，將近435倍?。?/p>

三.談談WebSocket協(xié)議原理

Websocket是應用層第七層上的一個應用層協(xié)議，它必須依賴 HTTP 協(xié)議進行一次握手 ，握手成功后，數(shù)據(jù)就直接從 TCP 通道傳輸，與 HTTP 無關(guān)了。

Websocket的數(shù)據(jù)傳輸是frame形式傳輸?shù)?，比如會將一條消息分為幾個frame，按照先后順序傳輸出去。這樣做會有幾個好處：

1 大數(shù)據(jù)的傳輸可以分片傳輸，不用考慮到數(shù)據(jù)大小導致的長度標志位不足夠的情況。
2 和http的chunk一樣，可以邊生成數(shù)據(jù)邊傳遞消息，即提高傳輸效率。

 0                   1                   2                   3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
 +-+-+-+-+-------+-+-------------+-------------------------------+
 |F|R|R|R| opcode|M| Payload len |    Extended payload length    |
 |I|S|S|S|  (4)  |A|     (7)     |             (16/64)           |
 |N|V|V|V|       |S|             |   (if payload len==126/127)   |
 | |1|2|3|       |K|             |                               |
 +-+-+-+-+-------+-+-------------+ - - - - - - - - - - - - - - - +
 |     Extended payload length continued, if payload len == 127  |
 + - - - - - - - - - - - - - - - +-------------------------------+
 |                               |Masking-key, if MASK set to 1  |
 +-------------------------------+-------------------------------+
 | Masking-key (continued)       |          Payload Data         |
 +-------------------------------- - - - - - - - - - - - - - - - +
 :                     Payload Data continued ...                :
 + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - +
 |                     Payload Data continued ...                |
 +---------------------------------------------------------------+



    FIN      1bit 表示信息的最后一幀，flag，也就是標記符
    RSV 1-3  1bit each 以后備用的 默認都為 0
    Opcode   4bit 幀類型，稍后細說
    Mask     1bit 掩碼，是否加密數(shù)據(jù)，默認必須置為1 （這里很蛋疼）
    Payload  7bit 數(shù)據(jù)的長度
    Masking-key      1 or 4 bit 掩碼
    Payload data     (x + y) bytes 數(shù)據(jù)
    Extension data   x bytes  擴展數(shù)據(jù)
    Application data y bytes  程序數(shù)據(jù)

具體的規(guī)范，還請看官網(wǎng)的RFC 6455文檔給出的詳細定義。這里還有一個翻譯版本

四.WebSocket 和 Socket的區(qū)別與聯(lián)系

首先，
Socket 其實并不是一個協(xié)議。它工作在 OSI 模型會話層（第5層），是為了方便大家直接使用更底層協(xié)議（一般是 TCP 或 UDP ）而存在的一個抽象層。Socket是對TCP/IP協(xié)議的封裝，Socket本身并不是協(xié)議，而是一個調(diào)用接口(API)。

Socket通常也稱作”套接字”，用于描述IP地址和端口，是一個通信鏈的句柄。網(wǎng)絡(luò)上的兩個程序通過一個雙向的通訊連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，這個雙向鏈路的一端稱為一個Socket，一個Socket由一個IP地址和一個端口號唯一確定。應用程序通常通過”套接字”向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請求或者應答網(wǎng)絡(luò)請求。

Socket在通訊過程中，服務端監(jiān)聽某個端口是否有連接請求，客戶端向服務端發(fā)送連接請求，服務端收到連接請求向客戶端發(fā)出接收消息，這樣一個連接就建立起來了?？蛻舳撕头斩艘捕伎梢韵嗷グl(fā)送消息與對方進行通訊，直到雙方連接斷開。

所以基于WebSocket和基于Socket都可以開發(fā)出IM社交聊天類的app

五.iOS平臺有哪些WebSocket和Socket的開源框架

Socket開源框架有：CocoaAsyncSocket，socketio/socket.io-client-swift
WebSocket開源框架有:facebook/SocketRocket，tidwall/SwiftWebSocket

六.iOS平臺如何實現(xiàn)WebSocket協(xié)議

Talk is cheap。Show me the code ——Linus Torvalds

我們今天來看看facebook/SocketRocket的實現(xiàn)方法
首先這是SRWebSocket定義的一些成員變量

@property (nonatomic, weak) id <SRWebSocketDelegate> delegate;
/**
 A dispatch queue for scheduling the delegate calls. The queue doesn't need be a serial queue.

 If `nil` and `delegateOperationQueue` is `nil`, the socket uses main queue for performing all delegate method calls.
 */
@property (nonatomic, strong) dispatch_queue_t delegateDispatchQueue;
/**
 An operation queue for scheduling the delegate calls.

 If `nil` and `delegateOperationQueue` is `nil`, the socket uses main queue for performing all delegate method calls.
 */
@property (nonatomic, strong) NSOperationQueue *delegateOperationQueue;
@property (nonatomic, readonly) SRReadyState readyState;
@property (nonatomic, readonly, retain) NSURL *url;
@property (nonatomic, readonly) CFHTTPMessageRef receivedHTTPHeaders;
// Optional array of cookies (NSHTTPCookie objects) to apply to the connections
@property (nonatomic, copy) NSArray<NSHTTPCookie *> *requestCookies;

// This returns the negotiated protocol.
// It will be nil until after the handshake completes.
@property (nonatomic, readonly, copy) NSString *protocol;

下面這些是SRWebSocket的一些方法

// Protocols should be an array of strings that turn into Sec-WebSocket-Protocol.
- (instancetype)initWithURLRequest:(NSURLRequest *)request;
- (instancetype)initWithURLRequest:(NSURLRequest *)request protocols:(NSArray<NSString *> *)protocols;
- (instancetype)initWithURLRequest:(NSURLRequest *)request protocols:(NSArray<NSString *> *)protocols allowsUntrustedSSLCertificates:(BOOL)allowsUntrustedSSLCertificates;

// Some helper constructors.
- (instancetype)initWithURL:(NSURL *)url;
- (instancetype)initWithURL:(NSURL *)url protocols:(NSArray<NSString *> *)protocols;
- (instancetype)initWithURL:(NSURL *)url protocols:(NSArray<NSString *> *)protocols allowsUntrustedSSLCertificates:(BOOL)allowsUntrustedSSLCertificates;

// By default, it will schedule itself on +[NSRunLoop SR_networkRunLoop] using defaultModes.
- (void)scheduleInRunLoop:(NSRunLoop *)aRunLoop forMode:(NSString *)mode;
- (void)unscheduleFromRunLoop:(NSRunLoop *)aRunLoop forMode:(NSString *)mode;

// SRWebSockets are intended for one-time-use only.  Open should be called once and only once.
- (void)open;
- (void)close;
- (void)closeWithCode:(NSInteger)code reason:(NSString *)reason;

///--------------------------------------
#pragma mark Send
///--------------------------------------

//下面是4個發(fā)送的方法
/**
 Send a UTF-8 string or binary data to the server.

 @param message UTF-8 String or Data to send.

 @deprecated Please use `sendString:` or `sendData` instead.
 */
- (void)send:(id)message __attribute__((deprecated("Please use `sendString:` or `sendData` instead.")));
- (void)sendString:(NSString *)string;
- (void)sendData:(NSData *)data;
- (void)sendPing:(NSData *)data;

@end

對應5種狀態(tài)的代理方法

///--------------------------------------
#pragma mark - SRWebSocketDelegate
///--------------------------------------
@protocol SRWebSocketDelegate <NSObject>

- (void)webSocket:(SRWebSocket *)webSocket didReceiveMessage:(id)message;

@optional
- (void)webSocketDidOpen:(SRWebSocket *)webSocket;
- (void)webSocket:(SRWebSocket *)webSocket didFailWithError:(NSError *)error;
- (void)webSocket:(SRWebSocket *)webSocket didCloseWithCode:(NSInteger)code reason:(NSString *)reason wasClean:(BOOL)wasClean;
- (void)webSocket:(SRWebSocket *)webSocket didReceivePong:(NSData *)pongPayload;

// Return YES to convert messages sent as Text to an NSString. Return NO to skip NSData -> NSString conversion for Text messages. Defaults to YES.
- (BOOL)webSocketShouldConvertTextFrameToString:(SRWebSocket *)webSocket;
@end

didReceiveMessage方法是必須實現(xiàn)的，用來接收消息的。
下面4個did方法分別對應著Open，F(xiàn)ail，Close，ReceivePong不同狀態(tài)的代理方法

方法就上面這些了，我們實際來看看代碼怎么寫

先是初始化Websocket連接，注意此處ws://或者wss://連接有且最多只能有一個，這個是Websocket協(xié)議規(guī)定的

    self.ws = [[SRWebSocket alloc] initWithURLRequest:[NSURLRequest requestWithURL:[NSURL URLWithString:[NSString stringWithFormat:@"%@://%@:%zd/ws", serverProto, serverIP, serverPort]]]];
    self.ws.delegate = delegate;
    [self.ws open];

發(fā)送消息

    [self.ws send:message];

接收消息以及其他3個代理方法

//這個就是接受消息的代理方法了，這里接受服務器返回的數(shù)據(jù)，方法里面就應該寫處理數(shù)據(jù)，存儲數(shù)據(jù)的方法了。
- (void)webSocket:(SRWebSocket *)webSocket didReceiveMessage:(id)message
{
    NSDictionary *data = [NetworkUtils decodeData:message];
    if (!data)
        return;
}

//這里是Websocket剛剛Open之后的代理方法。就想微信剛剛連接中，會顯示連接中，當連接上了，就不顯示連接中了，取消顯示連接的方法就應該寫在這里面
- (void)webSocketDidOpen:(SRWebSocket *)webSocket
{
    // Open = silent ping
    [self.ws receivedPing];
}

//這是關(guān)閉Websocket的代理方法
- (void)webSocket:(SRWebSocket *)webSocket didCloseWithCode:(NSInteger)code reason:(NSString *)reason wasClean:(BOOL)wasClean
{
    [self failedConnection:NSLS(Disconnected)];
}

//這里是連接Websocket失敗的方法，這里面一般都會寫重連的方法
- (void)webSocket:(SRWebSocket *)webSocket didFailWithError:(NSError *)error
{
    [self failedConnection:NSLS(Disconnected)];
}

最后

以上就是我想分享的一些關(guān)于Websocket的心得，文中如果有錯誤的地方，歡迎大家指點！一般沒有微信QQ那么大用戶量的app，用Websocket應該都可以完成IM社交聊天的任務。當用戶達到億級別，應該還有很多需要優(yōu)化，優(yōu)化性能各種的吧。

最后，微信和QQ的實現(xiàn)方法也許并不是只用Websocket和Socket這么簡單，也許是他們自己開發(fā)的一套能支持這么大用戶，大數(shù)據(jù)的，各方面也都優(yōu)化都最優(yōu)的方法。如果有開發(fā)和微信和QQ的大神看到這篇文章，可以留言說說看你們用什么方式實現(xiàn)的，也可以和我們一起分享，我們一起學習！我先謝謝大神們的指點了！