WebSocket协议的核心原理
WebSocket本质上是一种全双工通信协议，它解决了HTTP协议在实时通讯领域的短板。传统HTTP的请求-响应模式需要客户端不断轮询服务器，而WebSocket只需一次握手就能建立持久连接。这个握手过程很有意思：客户端先发送一个带有Upgrade: websocket头的HTTP请求，服务器返回101状态码表示协议切换成功，之后双方就能通过这个TCP连接自由收发数据帧了。
帧结构设计是WebSocket的精髓所在：
Node.js服务端实现
用Node.js搭建WebSocket服务端时，ws库是最轻量级的选择。先初始化HTTP服务器，再挂载WebSocket服务：
const WebSocket = require('ws');
const server = new WebSocket.Server({ port: 8080 });
server.on('connection', (socket) => {
socket.on('message', (data) => {
// 广播消息给所有客户端
server.clients.forEach(client => {
if (client.readyState === WebSocket.OPEN) {
client.send(data);
}
});
});
});
高并发场景下要注意三个优化点：
前端连接管理技巧
前端实现要考虑各种异常情况，完整的连接流程应该包含这些环节：
const socket = new WebSocket('ws://yourdomain.com');
// 重连计数器
let reconnectAttempts = 0;
socket.onopen = () => {
reconnectAttempts = 0;
startHeartbeat(); // 开启心跳检测
};
socket.onclose = () => {
if (reconnectAttempts
setTimeout(() => {
reconnect();
reconnectAttempts++;
}, 2000 * Math.pow(2, reconnectAttempts)); // 指数退避
}
};
| 事件类型 | 触发条件 | 典型处理方案 |
|---|---|---|
| onerror | 网络异常/协议错误 | 记录日志并尝试重连 |
| onmessage | 收到服务器数据 | JSON.parse前先校验数据格式 |
性能监控与调优
生产环境必须部署监控系统，推荐使用以下指标评估性能：
压力测试时可以先用WebSocketBench工具模拟1-10万并发连接，重点关注Linux系统的文件描述符限制和TCP参数优化。修改/etc/sysctl.conf中的这些参数很关键：
net.core.somaxconn = 2048
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8192
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
安全防护方案
WebSocket常见的安全威胁需要分层防御：
特别要注意的WebSocket走私攻击，攻击者可能利用HTTP头注入破坏代理服务器。防御方法是严格校验Upgrade头，拒绝任何包含特殊字符的请求。
实际部署中，服务器的WebSocket连接承载能力是个动态变化的值。一台4核8G的标准云服务器，在Linux内核优化得当的情况下，处理3-5万个保持活跃的WebSocket连接完全没问题。但这个数字会随着业务场景产生巨大波动——如果是简单的在线状态同步，每秒1-2次心跳包，5万连接很轻松；可要是做实时游戏或高频交易场景，每秒处理50-100条消息的话，可能连1万连接都撑不住。
影响承载量的关键因素往往藏在系统配置里。文件描述符限制就是个典型例子，默认的1024根本不够看，得调到10万以上才够用。epoll这种事件驱动机制确实能大幅提升效率，但要注意每个连接的内存开销通常在30-50KB之间，5万连接就意味着1.5-2.5GB的内存占用。广播消息更要命，改成按用户分组推送能省下90%的带宽，特别是当某个分组只有5-10个用户时，性能提升会特别明显。
WebSocket和HTTP长轮询有什么区别？
HTTP长轮询需要客户端不断发起请求检查数据更新，每次请求都包含完整的HTTP头信息，造成带宽浪费。而WebSocket建立连接后保持长链接，数据传输只需2字节的帧头，特别适合5-10毫秒级的实时通讯场景，带宽消耗仅为长轮询的1/3左右。
如何解决WebSocket的跨域问题？
后端需要配置Access-Control-Allow-Origin响应头，如果是浏览器环境还要处理OPTIONS预检请求。 在生产环境使用Nginx反向代理，将WebSocket服务和其他API统一到相同域名下，避免跨域限制。
为什么我的WebSocket连接经常自动断开？
常见原因包括：1）Nginx默认60秒无数据传输会断开连接，需要配置proxy_read_timeout参数；2）移动网络切换导致IP变化；3）客户端未实现心跳机制，被运营商清理空闲连接。 设置30-60秒的心跳包保持连接活跃。
单台服务器能支持多少WebSocket连接？
4核8G配置的Linux服务器通常能稳定支持3-5万并发连接，具体取决于消息频率。当连接数超过1万时需要注意：1）调整系统文件描述符限制；2）使用epoll等高效I/O模型；3）将广播消息改为分组推送。
WebSocket如何保证消息顺序和可靠性？
TCP协议本身能保证数据包顺序，但应用层需要自己处理重传机制。重要消息应该：1）添加序列号标识；2）服务端收到后返回ACK确认；3）客户端3-5秒未收到ACK则自动重发。对于允许丢帧的场景（如实时游戏），可以只保证最新消息优先处理。
