轮询以及webSocket与socket.io原理

概述：

首先，我们知道，起初的http协议只是为了能够进行通信而被创造出来（也就是请求-响应的过程）。并没有双向通信这一说，后面随着历史业务的需求，人们使用轮询http来解决双向通信也就是使用xhr或者jsonp的方法进行发送请求到服务端并且进行回调获取服务端数据

通信的三种传输模式：

单工通讯：既只能客户端向服务端发送数据或者服务端向客户端发送数据（如广播，电视之类的，他可以给你传播信息，你却不能给他回应）
半双工单向通讯：客户端可以向服务端发送数据，服务端也可以向客户端发送数据，但是不能同时，只能这一端发送完后另一端才可以进行响应（对讲机，他讲一句你讲一句，但是不能同时讲）
全双工通讯：客户端可以向服务端发送数据，服务端也可以向客户端发送数据，可以同时进行（电话，qq聊天等等，可以同时讲或者发送消息）

1：轮询：隔一段时间进行一次查询或者询问

轮询分为长轮询和短轮询，长轮询是基于短轮询的一个优化结果。

短轮询：

通过客户端定期轮询来询问服务端是否有新的信息产生，如果有则返回，没有就不响应，
缺点：也是显而易见，轮询间隔大了则信息不够实时，轮询间隔过小又会消耗过多的流量，增加服务器的负担。

长轮询：

是需要服务端进行更改来进行支持，客户端向服务端发送请求时，如果此时服务端没有新的信息产生，并不立刻返回，而是Hold住一段时间等有新的信息或者超时再返回，客户端收到服务器的应答后继续轮询。可以看到长轮询比短轮询可以减少大量无用的请求，并且客户端接收取新消息也会实时不少。减少http请求对性能的优化是很有利的，所以他是短轮询上的一个优化
缺点：终归来讲还是一个http请求，只是进行了变化而已，而且如果客户端不请求，服务端有数据的话，也会一直累积在那，不能实现实时的双向通信

此时的webSocket也就应需而生了

2：webSocket协议原理

webSocket也是基于Tcp协议传输层连接的，跟http相同处于协议应用层，而且它还是基于http的握手的，只是是握手的时候会传输特定的数据让协议升级成为webSocket协议
与http与之不同的是webSocket是一个持久化协议，而http协议是一个非持久化协议，也就是http他请求然后响应就结束了，而webSocket会一直保持连接而且一直传输数据，直到你将连接断开

websocket连接过程：

客户端发送http请求：

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: Y3JJCMbDL1IDUCH9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 20

其中的这俩段代码就是将http升级为webSocket的关键

Upgrade: websocket
Connection: Upgrade

而后面的三行代码则是一些验证信息

• Sec-WebSocket-Key:浏览器随机生成，用于给服务端使用，如果服务端支持webSocket,服务端会对该数据进行一些处理然后返回给客户端进行验证
• Sec-WebSocket-Protocol:是一个列表，列表中列出客户端所支持的协议
• Sec-WebSocket-Version:指定版本

然后服务端就会返回

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=
Sec-WebSocket-Protocol: chat

服务端返回这俩段代码就说明升级成功

Upgrade: websocket
Connection: Upgrade

• Sec-WebSocket-Accept:对Sec-WebSocket-Key进行处理后的数据。用于证明他是支持升级后的协议的，验证成功
• Sec-WebSocket-Protocol:服务端最终选定的协议

做完这些以后这次连接之后就都是webSocket连接了，既进入到全双工通讯

3：socket.io原理

介绍

首先，socket.io是一个库，一个基于engine.io协议(封装了webSocket协议)的库，在协议上创建了Engine.io引擎，socket.io则是该引擎的应用层框架

它相对比原生webSocket的一些特性

• 长轮询回退:如果无法建立webSocket连接，socket.io将会退回到http长轮询进行连接，这也是为了兼容一些特别老的项目和极少数不支持的浏览器（现如今）
• 自动连接:在一些情况下，连接某一方有可能在不知情的情况下断开，它有一个心跳机制，可以定时去监测是否连接，只要不是客户端主动关闭连接，socket.io就会在连接出错后不断重试以建立连接，服务端数据会进行自动缓冲，直到再次连接，为了防止断开时间过长，缓冲时间过长，可以利用使用Socket 实例的connected属性进行处理，或者使用Volatile事件，使服务端丢弃原来的缓冲，只返回最新的数据（官网有该方法，在此就不多描述）
• 多路复用：Socket.io允许你在单个共享连接上创建多个namespace，这些namespace拥有单独的通信通道（room），也可设置单独的权限验证，但是可以共享原来的底层连接；例如，如果您想创建一个只有授权用户才能加入的管理员频道
• 支持Room功能：room是在namespace下的，举个例子：namespace如同一片地区，room是这片地区中个房子，socket则是房子中的人,namespace是可以在别的namespace中通信的，但是room只能在该spacename下的room之间进行通信，socket也只能收到该namespace的广播
  

socket.io连接过程：

同样客户端发起http请求，并带有

Upgrade: websocket
Connection: Upgrade

服务端返回

"sid":"ab4507c4-d947-4deb-92e4-8a9e34a9f0b2"
"upgrades":["websocket"]
"pingInterval":25000
"pingTimeout":60000}

• sid:sid 是本次会话的ID，因为一次连接包含了多个请求，sid 的作用就相当于 SESSION ID。也是客户端的标识
• pingInterval:ping的间隔时长
• pingTimeout:判断连接超时的时长
  当客户端收到响应之后，scoket.io会根据当前客户端环境是否支持Websocket。如果支持，则建立一个websocket连接，否则退回到长轮询进行双向数据通信。

engine.io协议原理

engine.io的数据分为Packet和Payload，其中 Packet是数据包，有6种类型：
0. open：从服务端发出，标识一个新的传输方式已经打开。

1. close：请求关闭这条传输连接，但是它本身并不关闭这个连接。
2. ping：客户端周期性发送ping，服务端响应pong。
3. pong：服务端发送。
4. message：真实数据
5. upgrade：在转换（transport）前，engine.io会发送探测包测试新的transport（如websocket）是否可用，如果OK，则客户端会发送一个upgrade消息给服务端，服务端关闭老的transport然后切换到新的transport。用于升级协议
6. noop：空操作数据包，客户端收到noop消息会将之前等待暂停的轮询暂停，用于在接收到一个新的websocket强制一个新的轮询周期。

4：总结

socket.io可以说是一个很好的工具，无论是用做聊天或者是其他实时的数据通信，在使用时也遇到过一些问题，后面都慢慢解决了，本文主讲理论如需了解基本应用推荐：
webSocket的基本使用与socket.io库使用