上一篇文章中使用了Ajax long polling实现了一个简单的聊天程序，对于web实时通信，今天就来试用一下基于WebSocket的长连接方式。
WebSocket简介
为了增强web通信的功能，在HTML5中，提供了WebSocket，它不仅仅是一种web通信方式，也是一种应用层协议。
WebSocket提供了客户端和服务端之间的双全工跨域通信，通过客户端和服务端之间建立WebSocket连接（实际上是TCP连接，后面会看到），在同一时刻能够实现客户端到服务器和服务器到客户端的数据发送。
Ajax long polling是一种客户端去服务端拉取数据的方式，而WebSocket则能真正实现服务端主动向客户端推送数据。下图形象的展示了WebSocket的工作方式。
对于WebSocket这种新的应用层协议，在实现应用的时候，客户端和服务端都需要遵循WebSocket协议，关于更多的WebSocket内容，请参考websocket.org。
实现
首先，还是先看看通过WebSocket实现的聊天程序的代码以及效果，然后再看WebSocket工作方式相关的内容。
客户端
因为并不是所有版本的浏览器都能够支持WebSocket，所以例子中通过下面代码来检测当前浏览器是否支持WebSocket。
if(window.WebSocket){
//support WebSocket, more code here
}
else{
alert("WebSocket was not supported");
}
对于客户端，主要就是updater这个对象，该对象会创建并维护了一个WebSocket对象，通过这个WebSocket对象就可以跟服务端进行交互（收取或发送消息）。
var updater = {
socket: null,
start: function() {
var url = "ws://" + location.host + "/chatsocket";
updater.socket = new WebSocket(url);
updater.socket.onopen = function(event) {
}
updater.socket.onclose = function(event) {
alert("server socket closed");
}
updater.socket.onmessage = function(event) {
updater.showMessage(event.data);
}
},
showMessage: function(message) {
console.log(message);
$("#inbox").append(message);
$("#message").val("");
}
};
服务端
对于服务端，这次使用了gevent-websocket这个库，可以很方便的通过pip进行安装。
服务端通过MessageBuffer这个类来管理所有的消息，以及所有的WebSocket client。由于WebSocket是一种长连接的方式，所以可以很容易的统计出当前在线的client的数量。
class MessageBuffer(object):
def __init__(self, cache_size = 200):
self.cache = []
self.cache_size = cache_size
self.clients = []
def new_message(self, msg):
self.cache.append(msg)
if len(self.cache) > self.cache_size:
self.cache = self.cache[-self.cache_size:]
def update_clients(self, msg):
for client in self.clients:
client.send(msg)
跟上次相比，使用WebSocket之后，服务器代码更加简洁了。当客户端发起"/chatsocket"请求后，服务器就会跟客户端建立连接，并将客户端加入"messageBuffer.clients"列表中；当客户端断开连接，就会将客户端从"messageBuffer.clients"列表中移除。
当服务器收到新消息后，就会通过"messageBuffer.update_clients"方法，将新消息推送到所有的客户端。
def application(env, start_response):
# visit the main page
if env[‘PATH_INFO‘] == ‘/‘:
# some code to load main page here
elif env[‘PATH_INFO‘] == ‘/chatsocket‘:
ws = env["wsgi.websocket"]
messageBuffer.clients.append(ws)
print "new client join, total client count %d" %len(messageBuffer.clients)
while True:
message = ws.receive()
if message is None:
messageBuffer.clients.remove(ws)
print "client leave, total client count %d" %len(messageBuffer.clients)
break
print "Got message: %s" %message
message = "<div>{0}</div>".format(message)
messageBuffer.new_message(message)
messageBuffer.update_clients(message)
运行效果
下面就是代码的运行效果。
由于WebSocket是长连接的方式，所以可以方便的统计当前在线客户端数量。
当关闭服务器的时候，客户端也可以检测到连接的断开。
WebSocket工作机制
下面就从工作机制来看看WebSocket是怎么为应用提供长连接服务的。
WebSocket连接建立
虽然WebSocket是一种新的应用层协议，但是它的工作也是要依赖于http协议的。
通过Wireshark，我们可以抓到下面的数据包。
这两个数据包就是建立WebSocket连接的握手过程（WebSocket Protocol handshake）：
1. 客户端的WebSocket实例绑定一个需要连接到的服务器地址，当客户端连接服务端的时候，会向服务端发送一个类似下面的HTTP GET请求
在上面的请求中有一个Upgrade首部，这个首部是告诉服务端需要将通信协议切换到WebSocket
2. 在收到带有"Upgrade: websocket"首部的请求后，如果服务端支持WebSocket协议，那么它就会将自己的通信协议切换到WebSocket，同时发给客户端类似以下的响应报文头。
响应报文的状态码为101，表示同意客户端协议转换请求，并将它转换为WebSocket协议。到此，客户端和服务端的WebSocket连接就建立成功了，以后的通信就是基于WebSocket连接了。
WebSocket连接保活
WebSocket底层的工作/实现都是基于TCP协议，所以连接的保活机制是跟TCP一样的，就是通过"TCP Keep-Alive"心跳包来保证连接始终处于有效状态。
WebSocket连接关闭
对于WebSocket连接的关闭，也是主动关闭端发送"FIN, ACK"数据包来完成关闭的。
总结
本文简单介绍了HTML5中的WebSocket协议，并通过WebSocket实现了一个简单的聊天程序。
WebSocket能在客户端和服务端建立长连接，并提供全双工的数据传输，提供了服务器推送数据的模式。
跟Ajax long polling方式进行对比，这种服务器主动推送数据的方式更加适合实时数据交互应用。
Ps:
通过此处可以下载例子的源码。