Python的Tornado之WebSocket的概念以及应用介绍

Tornado的异步特性使得其非常适合服务器的高并发处理，客户端与服务器的持久连接应用框架就是高并发的典型应用。而WebSocket正是在HTTP客户端与服务器之间建立持久连接的HTML5标准技术。本章将讲解WebSocket技术在Tornado框架中的应用。
WebSocket protocol是HTML5定义的一种新的标准协议（RFC6455），它实现了浏览器与服务器的双全工通信（full-duplex）。

1、WebSocket的应用场景

传统的HTTP和HTML技术使用客户端主动向服务器发送请求并获取回复。但是随着即时通讯需求的增多，这样的通信模式有时并不能满足应用的需求。

WebSocket与普通的Socket通讯类似，它打破了原来HTTP的Request和Response一对一的通信模型，同时打破了服务器只能被动地接受客户端请求的应用场景。也许读者听说过Ajax、Long poll等基于传统HTTP的动态客户端技术，但这些技术无不采用轮询技术，耗费了大量的网络带宽和计算资源。

而WebSocket正是为了应对这样的场景而制定的HTML5标准，相对于普通的Socket通信，WebSocket又在应用层定义了基本的交互流程，使得Tornado这样的服务器框架和JavaScript客户端可以构建出标准的WebSocket模块。

总结WebSocket的特点如下：

• WebSocket适合服务端主动推送的场景。

• 相对于Ajax和Long poll等技术，WebSocket通信模型更高效。

• WebSocket仍然与HTTP完成Internet通信。

• 因为是HTML5的标准协议，所以不受企业防火墙的拦截。

2、WebSocket的通信原理

WebSocket的通信原理是在客户端与服务器之间建立TCP持久链接，从而使得当服务器有消息需要推送给客户端时能够进行即时通信。

虽然WebSocket不是HTTP，但由于在Internet上HTML本事是由HTTP封装并进行传输的，所以WebSocket仍然需要与HTTP进行协作。IETF在RFC6455中定义了基于HTTP链路建立WebSocket信道的标准流程。

客户端通过发送如下HTTP Request告诉服务器需要建立一个WebSocket长链接信道：

GET /stock_info/?encoding=text HTTP/1.1
Host:echo.websocket.org
Origin:http://websocket.org
Cookie:__token=ubcxx13
Connection:Upgrade
Sec-WebSocket-Key:uRovscZjNol/umbTt5uKmw==
Upgrade:websocket
Sec-WebSocket-Version:13

读者可以发现其仍然是一个HTTP Request包，并对其中的内容非常熟悉。

• HTTP请求方式：GET

• 请求地址：/stock_info

• HTTP版本号：1.1

• 服务器主机域名：echo.websocket.org

• Cookie信息：__token=ubcxx13

但是在HTTP Header中出现了4个特色的字段，他们是：

Connection:Upgrade
Sec-WebSocket-Key:uRovscZjNol/umbTt5uKmw==
Upgrade:websocket
Sec-WebSocket-Version:13

这就是WebSocket建立链路的核心，它告诉Web服务器：客户端希望建立一个WebSocket链接，客户端使用的WebSocket版本时13，密钥是uRovscZjNol/umbTt5uKmw==。

服务器在收到该Request后，如果同意建立WebSocket链接则返回类似如下的Response：

HTTP/1.1 101 WebSocket Protocol Handshake
Date:Fri,10 Feb 2012 17:38:18 GMT
Connection:Upgrade
Server:Kaazing Gateway
Upgrade:WebSocket
Access-Control-Allow-Origin:http://websocket.org
Access-Contril-Allow-Credentials:true
Sec-WebSocket-Accept:rLHCKw/SKs09GAH/ZSFhBATDKrU=
Access-Control-Allow-Headers:content-type

这依旧是一个标准的HTTP Response，其中与WebSocket相关的Header信息是：

Connection:Upgrade
Upgrade:WebSocket
Sec-WebSocket-Accept:rLHCKw/SKs09GAH/ZSFhBATDKrU=

前面的两条数据告诉客户端：服务器已经将本连接转换为WebSocket链接。而Sec-WebSocket-Accept是将客服端发送的Sec-WebSocket-Key加密后产生的数据，以让客服端确认服务器能够正常工作。

至此，在客户端与服务器之间已经建立了一个TCP持久链接，双发已经可以随时向对方发送消息。

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