html5 http的轮询和Websocket原理

一、HTTP的轮询

Web客户端与服务器之间基于Ajax（http）的常用通信方式，分为 短连接 与 长轮询 。

短连接：客户端和服务器每进行一次HTTP操作，就建立一次连接，任务结束就中断连接。

长轮询：客户端像传统轮询一样从服务器请求数据。然而，如果服务器没有可以立即返回给客户端的数据，则不会立刻返回一个空结果，而是保持这个请求等待数据到来（或者恰当的超时：小于ajax的超时时间），之后将数据作为结果返回给客户端。

长轮询机制如下图所示：

二、Websocket基本概念

WebSocket 是 HTML5 开始提供的一种在单个 TCP 连接上进行全双工通讯的协议。

WebSocket 使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单，允许服务端主动向客户端推送数据。在 WebSocket API 中，浏览器和服务器只需要完成一次握手，两者之间就直接可以创建持久性的连接，并进行双向数据传输。

在 WebSocket API 中，浏览器和服务器只需要做一个握手的动作，然后，浏览器和服务器之间就形成了一条快速通道。两者之间就直接可以数据互相传送。

现在，很多网站为了实现推送技术，所用的技术都是 Ajax 轮询。轮询是在特定的的时间间隔（如每1秒），由浏览器对服务器发出HTTP请求，然后由服务器返回最新的数据给客户端的浏览器。这种传统的模式带来很明显的缺点，即浏览器需要不断的向服务器发出请求，然而HTTP请求可能包含较长的头部，其中真正有效的数据可能只是很小的一部分，显然这样会浪费很多的带宽等资源。

HTML5 定义的 WebSocket 协议，能更好的节省服务器资源和带宽，并且能够更实时地进行通讯。

浏览器通过 JavaScript 向服务器发出建立 WebSocket 连接的请求，连接建立以后，客户端和服务器端就可以通过 TCP 连接直接交换数据。

当你获取 Web Socket 连接后，你可以通过 send() 方法来向服务器发送数据，并通过 onmessage 事件来接收服务器返回的数据。

三、Websocket 握手原理：

Websocket的握手原理大致可分为以下步骤：

• 第一步：客户端发起HTTP请求连接
• 第二步：服务端从请求头中取出Sec-WebSocket-Key的值
• 第三步：给Sec-WebSocket-Key值 拼接一个magic_string 的到一个新的value
• 第四步：给新的value先做 sha1加密 再做 base64加密
• 第五步：拼接一个响应头
• 第六步：服务器将拼好的响应头发送给客户端
• 第七步：客户端解密Sec-WebSocket-Accept得到Sec-WebSocket-Key判断是否握手成功

代码实现：

import socket, base64, hashlib# 创建socket连接sock = socket.socket(socket.AF_inet, socket.SOCK_STREam)# 绑定端地址和口号sock.bind(('127.0.0.1', 9527))# 监听sock.listen(5)# 获取客户端socket对象conn, address = sock.accept()# 获取客户端的【握手】信息data = conn.recv(1024)PRint(data)def get_headers(data):    """从请求头中取出Sec-WebSocket-Key对应的值并返回"""    header_dict = {
}
        header_str = data.decode("utf8")    for i in header_str.splIT("\r\n"):        if str(i).startswith("Sec-WebSocket-Key"):            return i.split(":")[1].strip()# 得到Sec-WebSocket-Key对应的值ws_key = get_headers(data)# 魔法字符串magic string为：258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11magic_string = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11'# 拼接socket_str = ws_key + magic_string# sha1加密socket_str_sha1 = hashlib.sha1(socket_str.encode("utf8")).digest()# base64加密socket_str_base64 = base64.b64encode(socket_str_sha1)# 拼接响应头response_tpl = "HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n" \               "Upgrade:websocket\r\n" \               "Connection: Upgrade\r\n" \               "Sec-WebSocket-Accept: %s\r\n" \               "WebSocket-Location: ws://127.0.0.1:9527\r\n\r\n" % (socket_str_base64.decode("utf8"))# 服务器发送响应头到客户端conn.send(response_tpl.encode("utf8"))# 客户端服务端建立长连接循环接收发送数据while True:    msg = conn.recv(8096)    print(msg)

!DOCTYPE html>
    html lang="en">
    head>
        meta charset="UTF-8">
        title>
    Title/title>
    /head>
    body>
    /body>
    script type="text/javascript">
        ws = new WebSocket("ws://127.0.0.1:9527");
    ws.onmessage = function (ev) {
        console.LOG(ev)//用于接收数据    }
    /script>
    /html>
    

附带客户端发起HTTP请求的请求头：

b'GET /ws/ HTTP/1.1Host: 127.0.0.1:9527Connection: UpgradePragma: no-cacheCache-Control: no-cacheUser-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0;
     WOW64) Applewebkit/537.3...Upgrade: websocketOrigin: http://localhost:63342Sec-WebSocket-Version: 13Accept-Encoding: gzip, deflate, brAccept-Language: zh-CN,zh;
    q=0.9Sec-WebSocket-Key: kJXuOKsrl3AR1KeFngRElQ==Sec-WebSocket-extensions: permessage-deflate;
     client_max_window_bits'

四、Websocket的加解密方式：

解密方式：

# b'\x81\x87\x0e\xc3\xf3\xcd;
    \xf6\xc6\xf8;
    \xf6\xc6'==========5555555hashstr = b'\x81\x87\x0e\xc3\xf3\xcd;
    \xf6\xc6\xf8;
    \xf6\xc6'# 将第二个字节也就是 \x87 第9-16位 进行与127进行位运算payload = hashstr[1] &
     127# 当位运算结果等于127时,则第3-10个字节为数据长度# 第11-14字节为mask 解密所需字符串# 则数据为第15字节至结尾if payload == 127:    extend_payload_len = hashstr[2:10]    mask = hashstr[10:14]    decoded = hashstr[14:]# 当位运算结果等于126时,则第3-4个字节为数据长度# 第5-8字节为mask 解密所需字符串# 则数据为第9字节至结尾if payload == 126:    extend_payload_len = hashstr[2:4]    mask = hashstr[4:8]    decoded = hashstr[8:]# 当位运算结果小于等于125时,则这个数字就是数据的长度# 第3-6字节为mask 解密所需字符串# 则数据为第7字节至结尾if payload = 125:    extend_payload_len = None    mask = hashstr[2:6]    decoded = hashstr[6:]str_byte = bytearray()for i in range(len(decoded)):    byte = decoded[i] ^ mask[i % 4]    str_byte.append(byte)print(str_byte.decode("utf8"))

加密方式：

import structmsg_bytes = "5555555".encode("utf8")token = b"\x81"length = len(msg_bytes)if length  126:    token += struct.pack("B", length)elif length == 126:    token += struct.pack("!BH", 126, length)else:    token += struct.pack("!BQ", 127, length)msg = token + msg_bytesprint(msg)

四、基于flask框架、Websocket协议实现的客户端和服务端链接通信示例：

piP3 install gevent-websocket

From flask import Flask, requestfrom geventwebsocket.websocket import WebSocketfrom gevent.pywsgi import WSGIServerfrom geventwebsocket.handler import WebSocketHandlerapp = Flask(__name__)@app.route("/ws")def websocket():    # 得到用户的链接    user_socket = request.environ.get("wsgi.websocket")  # type:WebSocket    print("访问成功")    while True:        msg = user_socket.receive()  # 接受消息        print(msg)        user_socket.send(msg)  # 发送消息if __name__ == '__main__':    # 指定地址、端口号开启Websocket服务    http_serv = WSGIServer(("127.0.0.1", 8001), app, handler_class=WebSocketHandler)    # 启动Websocket服务    http_serv.serve_forever()

html文件：

!DOCTYPE html>
    html lang="en">
    head>
        meta charset="UTF-8">
        title>
    Title/title>
        link href="https://cdnjs.clouDFlare.COM/ajax/libs/twitter-bootstrap/3.3.7/css/bootstrap.css" rel="stylesheet">
    /head>
    body>
    botton class="BTn btn-default" onclick="createsocket()">
    点击创建链接/botton>
    br>
    p>
    请您输入消息：input type="text" placeholder="输入消息" id="msg">
    /p>
    buttom class="btn btn-success" onclick="send_msg()">
    发送消息/buttom>
    script>
        VAR ws = null;
    function createsocket() {
            ws = new WebSocket("ws://127.0.0.1:8001/ws");
        ws.onmessage = function (data) {
                console.log("从服务端收到的消息=",data.data);
        }
    }
    function send_msg() {
            var to_msg = document.getElementById("msg").value;
        ws.send(to_msg)    }
    /script>
    /body>
    /html>
    

• 第一步：运行flask
• 第二步：运行html文件
• 第三步：点击创建链接
• 第四步：输入消息
• 第五步：点击发送消息

客户端.png

服务器端.png

这样我们就简单实现了通过Websocket协议的客户端服务端通信。并且我们可以创建多个链接同时对服务器端通信。

五、基于Websocket实现即时通讯(IM)：

服务器代码：

from flask import Flask, requestfrom geventwebsocket.websocket import WebSocketfrom gevent.pywsgi import WSGIServerfrom geventwebsocket.handler import WebSocketHandlerfrom geventwebsocket.exceptions import WebSocketErrorimport jsonapp = Flask(__name__)user_socket_dict = {
}
    @app.route("/ws/username>
")def websocket(username):    # 得到用户的链接    user_socket = request.environ.get("wsgi.websocket")  # type:WebSocket    user_socket_dict[username] = user_socket    print(username+"链接成功！")    while True:        msg = user_socket.receive()  # 接受消息        for socket in user_socket_dict.values():  # type:WebSocket            if user_socket != socket:# 自己发消息服务器就不要再给自己回消息了                try:                    socket.send(json.dumps({
"sender": username, "msg": msg}
    ))                except:                    continueif __name__ == '__main__':    # 指定地址、端口号开启Websocket服务    http_serv = WSGIServer(("127.0.0.1", 8001), app, handler_class=WebSocketHandler)    # 启动Websocket服务    http_serv.serve_forever()

html代码：

!DOCTYPE html>
    html lang="en">
    head>
        meta charset="UTF-8">
        title>
    Title/title>
        link href="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/twitter-bootstrap/3.3.7/css/bootstrap.css" rel="stylesheet">
    /head>
    body>
    p>
    请输入你的昵称：input type="text" id="username">
    /p>
    botton class="btn btn-default" onclick="createsocket()">
    点击创建链接/botton>
    br>
    p>
    请您输入消息：input type="text" id="msg">
    /p>
    buttom class="btn btn-success" onclick="send_msg()">
    发送消息/buttom>
    br>
    br>
    br>
    div style="border: 2px solid;
     width: 500px;
    height: 800px;
    " id="text_div">
    /div>
    script>
        var ws = null;
        var username = null;
    function createsocket() {
            username = document.getElementById("username").value;
            ws = new WebSocket("ws://127.0.0.1:8001/ws" + "/" + username);
        ws.onmessage = function (data) {
                var text_div = document.getElementById("text_div");
                var obj_data = JSON.parse(data.data);
                var add_msg = "p>
    " + obj_data.sender + ":" + obj_data.msg + "/p>
    ";
                text_div.innerHTML += add_msg;
        }
    }
    function send_msg() {
            var to_msg = document.getElementById("msg").value;
            var text_div = document.getElementById("text_div");
            var add_msg = "p style='text-align: right'>
    " + to_msg + ":" + username + "/p>
    ";
            text_div.innerHTML += add_msg;
            ws.send(to_msg);
    }
    /script>
    /body>
    /html>
    

• 第一步：运行flask服务器
• 第二步：运行html文件
• 第三步：输入昵称，点击创建链接
• 第四步：输入消息
• 第五步：点击发送消息

客户端01.png

客户端02.png

服务器端.png

代码是演示代码，有bug有bug，目前主要是用于学习，不可吹毛求疵。有兴趣的可以进一步优化！！！

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。

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