WebSocket 握手协议是隐藏在 HTTP 请求下的，它让浏览器和服务器在建立连接后，继续以一种全新的方式对话。
你有没有想过，浏览器和服务器之间的一次「握手」，竟然藏着这么多细节？我们今天就来聊聊 WebSocket 的那些不为人知的故事。
WebSocket 的真正魅力，在于它实现了真正的双向通信。但你可能不知道，WebSocket 的连接建立过程其实是一场伪装的 HTTP 请求。你看到的「WebSocket」连接，其实一开始是 HTTP 的一个升级请求。这有点像你偷偷换了一身衣服，假装成另一个人。
让我们先从握手协议说起。你知道吗？WebSocket 握手过程是基于 HTTP 的，但它的头部字段非常特殊。例如，客户端会发送一个 GET 请求，其中包含 Upgrade: websocket 和 Connection: Upgrade 头部，告诉服务器它想升级到 WebSocket 协议。这一步非常关键，如果没有正确的握手，整个 WebSocket 连接就无法建立。
服务器收到请求后，会回复一个 101 Switching Protocols 的响应，同时包含 Upgrade: websocket 和 Connection: Upgrade 头部。这个响应是严格格式化的，里面包含了一些特殊的字段，比如 Sec-WebSocket-Version 和 Sec-WebSocket-Key。这些字段是握手成功与否的关键。
有意思的是，Sec-WebSocket-Key 是一个随机生成的字符串，用于防止协议被滥用。服务器会用它生成一个 Sec-WebSocket-Accept 值，这个值是通过 SHA-1 哈希算法和一些额外的字符串拼接计算得到的。这个过程有点像密码学里的「握手密码」，确保双方在升级协议之前是真正的彼此。
握手完成后，通信就变成了 WebSocket 的帧结构。帧结构是 WebSocket 协议的核心，每一条消息都以帧的形式传输。帧的结构有以下几个部分：
- FIN：表示当前帧是否是消息的最后一个帧。
- RSV1-3：保留位，目前没有使用。
- Opcode：表示帧的类型，比如文本、二进制、关闭、ping、pong 等。
- Mask：掩码标志，用于加密数据。
- Payload Length：有效载荷长度，可以是 1 字节、2 字节或 8 字节。
- Masking Key：掩码密钥，如果 Mask 位是 1，则需要使用这个密钥来解码数据。
- Payload Data：实际传输的数据。
这个帧结构设计得非常巧妙。它允许你在一个连接上发送不同类型的消息，而不仅仅是文本或二进制数据。比如，你可以用 ping 和 pong 来检测连接是否存活，用 close 来优雅地关闭连接。
说到性能，WebSocket 的帧结构也有它的优势。因为帧是可变长度的，所以它可以在传输中灵活适应不同的数据大小。而对于大数据传输，帧的分片机制（Splitting）能有效地减少延迟，提高吞吐量。
但你有没有发现，WebSocket 的帧结构其实并不像 TCP 那样「原始」？它更像是在 TCP 的基础上，加了一层「数据包」的封装。这层封装虽然增加了些复杂性，但换来了更高效的通信方式。
如果你对 WebSocket 的性能感兴趣，不妨去抓个包看看。打开 Wireshark，过滤一下 ws 协议，你会发现 WebSocket 的握手过程其实很短，但它的协议细节却非常丰富。每一个帧都像是一个独立的「数据单元」，它们在底层网络中穿梭，构建出一个高效的通信通道。
WebSocket 还有一个非常棒的特性，就是它支持断线重连和消息重传机制。这在一些不稳定的网络环境中非常实用。它不像 HTTP 那样每次请求都要重新建立连接，而是可以在连接中断后自动恢复。
我们常说 WebSocket 是「实时通信的利器」，但它到底有多快？它的性能比 HTTP 要好很多，因为它避免了 HTTP 的请求-响应机制，直接在 TCP 上进行双向通信。这使得 WebSocket 在游戏、聊天、实时数据推送等场景中表现极为出色。
性能优化是 WebSocket 的一大课题。你知道吗？WebSocket 的帧结构其实可以被压缩，特别是在发送大量数据时，压缩帧的头部可以减少带宽占用。不过，压缩是有代价的，它会增加 CPU 的负担。所以，是否压缩需要根据你的应用场景来决定。
最后，让我们来聊点技术之外的思考。WebSocket 的帧结构虽然复杂，但它为现代网络通信打下了坚实的基础。它不仅让浏览器和服务器之间的交互变得更高效，也让很多新兴技术（比如 WebRTC、实时协作工具）有了更好的实现方式。
想深入体验 WebSocket 的帧结构？不妨在你的本地服务器上部署一个 WebSocket 服务，用 Wireshark 抓包，看看那些帧是如何在网线中跳动的。你可能会发现，WebSocket 不仅是协议，更是一个桥梁，连接着应用层和网络层的边界。
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