WebSocket 是 HTML5 开始提供的一种在单个 TCP 连接上进行全双工通讯的协议。可以实现服务器与客户端互相发送消息。 传统的HTTP无法实现这种需求。因为HTTP是一种无状态的、无连接的、单向的应用层协议。它采用了请求/响应模型。通信请求只能由客户端发起，服务端对请求做出应答处理。 这种单向请求的特点，注定了如果服务器有连续的状态变化，客户端要获知就非常麻烦。大多数 Web 应用程序将通过频繁的异步JavaScript和XML（AJAX）请求实现长轮询。轮询的效率低，非常浪费资源（因为必须不停连接，或者 HTTP 连接始终打开）。
与HTTP相比WebSocket有显著的优点，概括地说就是：支持双向通信，更灵活，更高效，可扩展性更好。
支持双向通信，实时性更强。更好的二进制支持。较少的控制开销。连接创建后，ws客户端、服务端进行数据交换时，协议控制的数据包头部较小。在不包含头部的情况下，服务端到客户端的包头只有2~10字节（取决于数据包长度），客户端到服务端的的话，需要加上额外的4字节的掩码。而HTTP协议每次通信都需要携带完整的头部。支持扩展。ws协议定义了扩展，用户可以扩展协议，或者实现自定义的子协议。（比如支持自定义压缩算法等）WebSocket虽然是新的协议但是建立连接的过程还是复用了HTTP协议，客户端通过HTTP请求与WebSocket服务端协商升级协议。协议升级完成后，后续的数据交换则遵照WebSocket的协议。
首先，客户端发起协议升级请求。可以看到，采用的是标准的HTTP报文格式，且只支持GET方法。
GET ws://localhost:3000/ws/chat HTTP/1.1 Host: localhost Origin: http://127.0.0.1:3000 Connection: Upgrade Upgrade: websocket Sec-WebSocket-Version: 13 Sec-WebSocket-Key: w4v7O6xFTi36lq3RNcgctw==该请求与普通HTTP请求有些不同：
GET请求的地址不是类似/path/，而是以ws://开头的地址Connection: Upgrade：表示要升级协议Upgrade: websocket：表示要升级到websocket协议。Sec-WebSocket-Version: 13：表示websocket的版本。如果服务端不支持该版本，需要返回一个Sec-WebSocket-Versionheader，里面包含服务端支持的版本号。Sec-WebSocket-Key：与后面服务端响应首部的Sec-WebSocket-Accept是配套的，提供基本的防护，比如恶意的连接，或者无意的连接。服务端返回内容如下，状态代码101表示协议切换。到此完成协议升级，后续的数据交互都按照新的协议来。
HTTP/1.1 101 Switching Protocols Connection:Upgrade Upgrade: websocket Sec-WebSocket-Accept: Oy4NRAQ13jhfONC7bP8dTKb4PTU=每个header都以\r\n结尾，并且最后一行加上一个额外的空行\r\n。此外，服务端回应的HTTP状态码只能在握手阶段使用。过了握手阶段后，就只能采用特定的错误码。
Sec-WebSocket-Accept根据客户端请求首部的Sec-WebSocket-Key计算出来。
计算公式为：
将Sec-WebSocket-Key跟258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11拼接。通过SHA1计算出摘要，并转成base64字符串。WebSocket客户端、服务端通信的最小单位是帧（frame），由1个或多个帧组成一条完整的消息（message）。
发送端：将消息切割成多个帧，并发送给服务端；接收端：接收消息帧，并将关联的帧重新组装成完整的消息；数据帧格式概览图如下：
0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 +-+-+-+-+-------+-+-------------+-------------------------------+ |F|R|R|R| opcode|M| Payload len | Extended payload length | |I|S|S|S| (4) |A| (7) | (16/64) | |N|V|V|V| |S| | (if payload len==126/127) | | |1|2|3| |K| | | +-+-+-+-+-------+-+-------------+ - - - - - - - - - - - - - - - + | Extended payload length continued, if payload len == 127 | + - - - - - - - - - - - - - - - +-------------------------------+ | |Masking-key, if MASK set to 1 | +-------------------------------+-------------------------------+ | Masking-key (continued) | Payload Data | +-------------------------------- - - - - - - - - - - - - - - - + : Payload Data continued ... : + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + | Payload Data continued ... | +---------------------------------------------------------------+下面逐个讲解字段的含义： FIN：1个比特。 如果是1，表示这是消息（message）的最后一个分片（fragment），如果是0，表示不是是消息（message）的最后一个分片（fragment）。
RSV1, RSV2, RSV3：各占1个比特。 一般情况下全为0。当客户端、服务端协商采用WebSocket扩展时，这三个标志位可以非0，且值的含义由扩展进行定义。如果出现非零的值，且并没有采用WebSocket扩展，连接出错。
Opcode: 4个比特。 操作代码，Opcode的值决定了应该如何解析后续的数据载荷（data payload）。如果操作代码是不认识的，那么接收端应该断开连接（fail the connection）。可选的操作代码如下：
%x0：表示一个延续帧。当Opcode为0时，表示本次数据传输采用了数据分片，当前收到的数据帧为其中一个数据分片。%x1：表示这是一个文本帧（frame）%x2：表示这是一个二进制帧（frame）%x3-7：保留的操作代码，用于后续定义的非控制帧。%x8：表示连接断开。%x9：表示这是一个ping操作。%xA：表示这是一个pong操作。%xB-F：保留的操作代码，用于后续定义的控制帧。Mask: 1个比特 表示是否要对数据载荷进行掩码操作。从客户端向服务端发送数据时，需要对数据进行掩码操作；从服务端向客户端发送数据时，不需要对数据进行掩码操作。
如果服务端接收到的数据没有进行过掩码操作，服务端需要断开连接。 如果Mask是1，那么在Masking-key中会定义一个掩码键（masking key），并用这个掩码键来对数据载荷进行反掩码。所有客户端发送到服务端的数据帧，Mask都是1。
Payload length：数据载荷的长度，单位是字节。为7位，或7+16位，或1+64位。 假设数Payload length === x，如果 x为0~126：数据的长度为x字节。 x为126：后续2个字节代表一个16位的无符号整数，该无符号整数的值为数据的长度。 x为127：后续8个字节代表一个64位的无符号整数（最高位为0），该无符号整数的值为数据的长度。 此外，如果payload length占用了多个字节的话，payload length的二进制表达采用网络序（big endian，重要的位在前）。
Masking-key：0或4字节（32位） 所有从客户端传送到服务端的数据帧，数据载荷都进行了掩码操作，Mask为1，且携带了4字节的Masking-key。如果Mask为0，则没有Masking-key。
备注：载荷数据的长度，不包括mask key的长度。
Payload data：(x+y) 字节 载荷数据：包括了扩展数据、应用数据。其中，扩展数据x字节，应用数据y字节。
扩展数据：如果没有协商使用扩展的话，扩展数据数据为0字节。所有的扩展都必须声明扩展数据的长度，或者可以如何计算出扩展数据的长度。此外，扩展如何使用必须在握手阶段就协商好。如果扩展数据存在，那么载荷数据长度必须将扩展数据的长度包含在内。
应用数据：任意的应用数据，在扩展数据之后（如果存在扩展数据），占据了数据帧剩余的位置。载荷数据长度 减去 扩展数据长度，就得到应用数据的长度。
WebSocket客户端、服务端建立连接后，后续的操作都是基于数据帧的传递。 WebSocket根据opcode来区分操作的类型。比如0x8表示断开连接，0x0-0x2表示数据交互。
WebSocket的每条消息可能被切分成多个数据帧。当WebSocket的接收方收到一个数据帧时，会根据FIN的值来判断，是否已经收到消息的最后一个数据帧。
FIN=1表示当前数据帧为消息的最后一个数据帧，此时接收方已经收到完整的消息，可以对消息进行处理。FIN=0，则接收方还需要继续监听接收其余的数据帧。
此外，opcode在数据交换的场景下，表示的是数据的类型。0x01表示文本，0x02表示二进制。而0x00比较特殊，表示延续帧（continuation frame），顾名思义，就是完整消息对应的数据帧还没接收完。
引用一个网上的例子：
Client: FIN=1, opcode=0x1, msg="hello" Server: (process complete message immediately) Hi. Client: FIN=0, opcode=0x1, msg="and a" Server: (listening, new message containing text started) Client: FIN=0, opcode=0x0, msg="happy new" Server: (listening, payload concatenated to previous message) Client: FIN=1, opcode=0x0, msg="year!" Server: (process complete message) Happy new year to you too!第一条消息 FIN=1, 表示是当前消息的最后一个数据帧。服务端收到当前数据帧后，可以处理消息。opcode=0x1，表示客户端发送的是文本类型。
第二条消息 FIN=0，opcode=0x1，表示发送的是文本类型，且消息还没发送完成，还有后续的数据帧。 FIN=0，opcode=0x0，表示消息还没发送完成，还有后续的数据帧，当前的数据帧需要接在上一条数据帧之后。 FIN=1，opcode=0x0，表示消息已经发送完成，没有后续的数据帧，当前的数据帧需要接在上一条数据帧之后。服务端可以将关联的数据帧组装成完整的消息。
WebSocket为了保持客户端、服务端的实时双向通信，需要确保客户端、服务端之间的TCP通道保持连接没有断开。然而，对于长时间没有数据往来的连接，如果依旧长时间保持着，可能会浪费包括的连接资源。
但不排除有些场景，客户端、服务端虽然长时间没有数据往来，但仍需要保持连接。这个时候，可以采用心跳来实现。
发送方->接收方：ping 接收方->发送方：pong ping、pong的操作，对应的是WebSocket的两个控制帧，opcode分别是0x9、0xA。
也可以根据业务需要自定义心跳数据，比如客户端发送{“uri”:“ping”}，服务端返回{“uri”:“pong”}
WebSocket在客户端和服务端都有不同语言的实现。 不同应用对于WebSocket 都有各自的实现。但是，它们都遵循RFC6455 的通信标准，比如Java API 统一遵循 JSR 356 - JavaTM API for WebSocket 规范。所以，在实际编码中，API 差异不大。
以下2篇文章讲解了客户端和服务端的的实现方案： SpringBoot实现WebSocket客户端 SpringBoot实现WebSocket服务端
