代码收藏家技术教程 2025-02-14

什么是WebSocket？在Python中如何应用？

WebSocket介绍与使用

WebSocket 简介

WebSocket的握手机制

WebSocket的特点

WebSocket的优缺点

优点

缺点‌

WebSocket与HTTP对比

通信模式

连接状态

数据传输效率

使用场景

WebSocket的应用场景

WebSocket 在爬虫工作中的情况

Python 中 WebSocket 的使用案例

安装websockets库

WebSocket 服务器示例

WebSocket 客户端示例

运行结果

WebSocket 简介

WebSocket 是一种在单个 TCP 连接上进行全双工通讯的协议。它使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单，只需要建立一个连接，就可以实时地双向传输数据。

WebSocket的握手机制

‌握手阶段‌：客户端通过HTTP协议向服务器发送一个特殊的请求，请求头中包含Upgrade: websocket和Connection: Upgrade等字段，表明客户端希望升级到WebSocket协议。服务器收到请求后，如果支持WebSocket，会返回一个状态码为101的响应，表示协议切换成功，此时握手完成，连接进入数据通信阶段。
‌数据通信阶段‌：一旦握手成功，客户端和服务器之间建立了一个持久的双向连接，可以随时发送和接收数据。数据以帧的形式传输，可以是文本数据或二进制数据。

WebSocket的特点

‌全双工通信‌：WebSocket允许客户端和服务器之间进行双向数据传输，服务器可以主动向客户端推送数据。
‌轻量级协议‌：WebSocket协议的数据格式比较轻量，通信效率高。
‌支持二进制数据‌：除了文本数据，WebSocket还支持发送和接收二进制数据，如图片、视频等。
‌无同源限制‌：客户端可以与任意服务器通信，无需考虑跨域问题。

WebSocket的优缺点

优点

节省资源‌：WebSocket只需要一次HTTP握手，后续可以通过一个持久连接进行双向通信，减少了HTTP请求的开销。
实时通信‌：服务器可以主动向客户端推送数据，实现实时的双向通信。

缺点‌

‌安全性问题‌：由于WebSocket基于TCP协议，如果网络环境不安全，可能会存在数据泄露的风险。建议使用WSS协议（即WebSocket Secure）来确保数据的安全传输。

WebSocket与HTTP对比

通信模式

WebSocket：
支持全双工（Full-Duplex）通信，即客户端和服务器之间可以相互发送消息，而不需要等待请求。
一旦连接建立，除非手动关闭或遇到异常，连接会一直保持，形成长连接。
HTTP：
采用请求-响应模型，客户端（例如浏览器）发送请求到服务器，服务器处理后返回响应。
每次客户端要获取数据时，必须发起一个新的请求，形成短连接。虽然HTTP/1.1引入了持久连接（Keep-Alive），但每个请求仍然是独立的。

连接状态

WebSocket：
一旦连接建立，客户端和服务器之间可以保持连接状态，允许双方实时传递数据，而无需每次重新建立连接。
支持状态保持，服务器可以记住客户端的状态。
HTTP：
是无状态协议，服务器不会保存客户端的状态。
每次请求都是独立的，服务器不会记住之前的请求。

数据传输效率

WebSocket：
连接建立后，不需要每次传输头部信息，数据传输非常高效。
采用二进制帧传输数据，相对于文本协议，它的数据传输效率更高。
HTTP：
每次请求都需要包含头部信息、方法、状态码等元数据，开销相对较大。
文本协议，数据传输效率相对较低。

使用场景

WebSocket：
适用于需要实时更新数据的场景，例如实时聊天、在线游戏、金融交易系统、实时数据推送（如股票市场数据）等。
HTTP：
适用于页面加载、文件下载、REST API 调用等一次性请求和响应的场景。
也适用于以轮询（Polling）方式进行定期请求以获取更新的场景，但这种方式相对低效，且会消耗较多资源。

WebSocket的应用场景

‌实时聊天应用‌：如在线聊天室、即时通讯工具等，WebSocket可以实现消息的实时发送和接收。
‌实时游戏‌：游戏数据的实时同步，提高游戏的交互性和体验。
‌数据推送‌：服务器端可以主动向客户端推送数据，如股票行情、天气预报、新闻资讯等。
‌实时监控‌：如视频监控、设备状态监控等，WebSocket可以实时传输监控数据。
‌协同编辑‌：如在线文档编辑、协同设计等，通过WebSocket实现多人实时编辑和同步。

WebSocket 在爬虫工作中的情况

WebSocket在WEB端比较少见，在短视频平台比较常见，想某音及其旗下的一些产品有使用这种通讯协议，WEB端表现如下：

有些站点还会使用二进制进行消息通信，比较有挑战性的如巨量百应，大家感兴趣可以去研究研究。

Python 中 WebSocket 的使用案例

下面是一个使用 websockets 库实现 WebSocket 服务器和客户端

安装websockets库

pip install websockets

WebSocket 服务器示例

# server.py
import asyncio

import websockets


async def echo(websocket, path):
    async for message in websocket:
        print(f"Received message: {message}")
        await websocket.send(f"Echo: {message}")


start_server = websockets.serve(echo, "localhost", 8765)

asyncio.get_event_loop().run_until_complete(start_server)
asyncio.get_event_loop().run_forever()

WebSocket 客户端示例

# client.py
import asyncio

import websockets


async def hello():
    uri = "ws://localhost:8765"
    async with websockets.connect(uri) as websocket:
        await websocket.send("Hello, WebSocket!")
        response = await websocket.recv()
        print(f"Received response: {response}")


asyncio.get_event_loop().run_until_complete(hello())