关于 WebSocket 和 HTTP 区别的思考以及一个最简单的 WebSocket 的客户端和服务器实现

笔者之前与一位同事研究了 Cypress 的 visit 方法，其源码实现最终是调用了 WebSocket 向 visit 参数里指定的 website 通行并获取数据，见下图变量 ev.data 的值。

我这位同事的研究成果，通过 Joplin 笔记记录如下如下。

于是笔者心里有一个疑问，为什么 Cypress 的 visit 方法选择了 WebSocket 作为与目标网站的通信技术呢？为什么不直接走 HTTP 协议，比如用 ES6 原生支持的 fetch 去访问目标网站呢？

要回答这个问题，我们先要理解到底什么是 WebSocket，以及它与 HTTP 相比较的优缺点。

诚然，WebSocket 可以在用户的浏览器和服务器之间打开交互式通信会话，浏览器可以向服务器发送消息并接收事件驱动的响应，而无需通过轮询服务器的方式以获得响应。

WebSocket 基于 TCP 连接，在服务器和浏览器间提供了全双工通信功能，即服务器可以主动推送数据到浏览器端，而这在 HTTP 协议中是不可能实现的，HTTP 协议只支持浏览器到服务器端的 Request - Response 方式，即浏览器客户端如果想查询服务器端是否有最新的事件发生，则只能采取低效的轮询方式进行。

举个例子，当用户向服务器发送请求时，该请求以 HTTP 或 HTTPS 的形式发送，服务器收到请求后向客户端发送响应，每个请求都与相应的响应相关联，发送响应后连接关闭，每个 HTTP 或 HTTPS 请求每次都会建立与服务器的新连接，并且在获得响应后，连接会自行终止。

笔者注：HTTP 请求头部的 Connection: keep-alive 字段，可以实现连接重用的需求吗？

当启用 Keep-Alive 时，客户端和服务器同意为后续请求或响应保持连接打开。

默认情况下，HTTP 连接在数据事务结束时关闭。 这意味着客户端创建一个新连接来请求页面的每个文件，服务器在发送数据后关闭这些 TCP 连接。

但是，如果服务器需要同时响应多个 HTTP 请求并为每个新的 TCP 连接提供一个文件，则站点页面的加载时间将会增加。 这可能会导致糟糕的用户体验。

为了克服这个问题，网站所有者需要启用 Keep-Alive 标头来限制新连接的数量。

通过打开 Keep-Alive 连接标头，客户端可以通过单个 TCP 连接下载所有内容，例如 JavaScript、CSS、图像和视频，而不是为每个文件发送不同的请求。

这是一张演示 Keep-Alive 工作原理的图片：

问题：启用 Keep-Alive 头部字段后，重用的是 HTTP 连接，还是 TCP 连接？

WebSocket 并不是将 HTTP 的设计完全推翻重建，而是在 HTTP 的基础上增添了一些逻辑来，管理客户端和服务器端的流。这些流的内容也是 HTTP 请求和响应，保留了旧语义，只是编码和打包方式不同。

了解了理论知识后，我们动手开发一套最简单的 WebSocket 服务器端和客户端实现。

WebSocket 服务器端实现

var app = require('express')();
var server = require('http').Server(app);
var io = require('socket.io')(server);
var defaultPort = 3001;
var port = process.env.PORT || defaultPort;
var i = 0;
console.log("Server is listening on port: " + defaultPort);
server.listen(port);
io.on('connection', function (socket) {
  console.log("connect comming from client: " + socket.id);
  socket.emit('messages_jerry', { hello: 'world greeting from Server!' });
  socket.on('messages', function (data) {
    console.log("data received from Client:" + JSON.stringify(data,2,2));
  });
});

代码实现包含了4个关键点：

1. 服务器监听在默认的 3001 端口上。

2. 一旦 WebSocket 客户端有发送到 3001 端口上的连接请求时，代码第 12 行的 on 监听函数触发，监听的事件名称为 connection，然后在监听函数的实现体里，打印出客户端连接的 id 值。

3. 服务器端接收了客户端的链接后，向客户端通过第 15 行的 emit 方法，发送一个 messages_jerry 的事件，以及一个 JSON 对象作为事件负载。

4. 第 17 行服务器端监听在 messages 事件上的监听函数触发时，说明接收到了从客户端发送过来的事件，在监听函数里打印出客户端传递过来的数据。

WebSocket 客户端实现

// #!/usr/bin/env node
const io = require('socket.io-client');
var socket = io.connect('http://localhost:3001');
socket.on('messages_jerry', function (data) {
    console.log("data sent from Server:" + JSON.stringify(data,2,2));
    socket.emit('messages', { my: 'data sent from Client' });
  });
socket.on('connect', function (socket2) {
    console.log('Connection with Server established!');
        socket.emit('messages', 'Client has established connection with Server');
});

代码的关键点：

1. 客户端通过 connect 方法向 WebSocket 服务器发起连接请求

2. 连接成功建立后，客户端第 10 行的 on 监听函数触发，该函数监听在 connect 事件上，会在 Web Socket 连接成功建立后自动触发。

3. 客户端在第 12 行调用 emit 向服务器发送一个 messages 事件。

4. 客户端监听在 messages_jerry 的监听函数触发，说明服务器端有数据到达。使用第 6 行的 console.log 语句打印出这个数据。

5. 在第 7 行代码，客户端调用 emit，向服务器端发送一个请求，通知服务器自己已经收到了服务器发送过来的数据。

使用命令行 node wsServer.js 启动服务器端，看到如下输出：

新开一个命令行窗口，使用 node wsClient.js 启动客户端，能看到客户端打印出的成功建立连接，以及从服务器端发送过来的数据：

切换回服务器端，红色高亮的内容，就是客户端与服务器端建立连接之后，服务器端新打印出的数据：

回到本文开头抛出的问题：

问题1

为什么 Cypress 的 visit 方法选择了 WebSocket 作为与目标网站的通信技术呢？为什么不直接走 HTTP 协议，比如用 ES6 原生支持的 fetch 去访问目标网站呢？

笔者猜测，是不是因为 Cypress 里某些 API，比如 cy.XXX 需要利用到 WebSocket 这种全双工通信的特性才能够充分发挥作用？

问题2

那么问题又来了，在我们 cy.visit('http://xxx.com') 的代码里，如果说最终 Cypress 通过 WebSocket 协议向 http://xxx.com 发送数据报，但是 http://xxx.com 不支持 WebSocket 怎么办？就像本文前一部分介绍的例子一样，WebSocket 需要客户端和服务器端同时支持才行。

那么会不会 cy.visit 和 visit 参数里指定的 webSite 之间，还存在着一个中间层？

问题3

WebSocket Connection，HTTP Connection，TCP connection，这三者的区别和联系是什么？

参考资料

• Difference between HTTP and WebSocket (HTTP 2.0 )