前言

上一篇文章我们初步搭建了一个websocket服务器，但是还不能发送和接收数据，这篇文章我们聊一聊它是如何收发数据的。websocket支持文本和二进制的传输，内部是如何接收和发送数据的对使用者来说是不可见的，虽然这不影响使用，但是为了更加深入了解websocket的原理，我们还是有必要一探究竟！

我们首先来看一张数据结构的二进制图，如下：

图1

如图1，乍一看可能看不懂，我先来解释一下：

图1最上面表示的是二进制的位（bit），从左到右一共32位，虚线框矩形代表占据了多少位。图中的内容是一行一行显示的（图中共6行），实际上它们应该都处在一行，只是因为这张图太窄了，一行最大只能表示32位，所以才折行了；FIN、RSV1、RSV2、RSV3各占一位，opcode占4位，mask占一位、payload len占7位，如果payloadlen=126，Extended payload length占16位，如果payloadlen=127，Extended payload length占64位，如果mask=1，masking-key占32位，后面再存放payload Data；虽然websocket可以发送文本，但最终都会转化成二进制收发，在处理时都使用Buffer进行操作，Buffer在之前的文章中已经详细介绍了，如果不了解的可以去翻看一下；Buffer的一位就是一个字节（8位），使用16进制表示。

在传输中，需要把数据转换成二进制，然后按照上面的规则进行解析或者拼接，才能进行正常的通信。

浏览器提供的websocket接口就是按照这种格式发送和解析数据的，不需要关心浏览器内部怎么做的，我只需要来分析一下服务器发送和解析数据的过程，因为它们的方式是一致的。

服务器发送数据

我们结合图1看看如何发送数据，如下图，

图2

图2中封装了一个send方法，用于服务器发送数据，首先判断数据data是否为字符串，当data是字符串时，opcode=1，当data是二进制时，opcode=2。这里opcode与fin也是有关系的，fin=1表示最后一帧数据，等于0表示后面还有数据，不是第一帧数据的opcode=0，opcode=0代表后续帧。

图3

图3中第一次发送数据，fin=0，opcode=1，4s之后发送第二次数据，fin=1，opcode=0，虽然两次发送数据间隔4s，但是终端会把两次的数据拼接在一起同一时间显示出来，因为终端通过解析fin和opcode发现这两次数据是一起的。

接下来，我们开始按照图1数据格式进行拼接，如下：

图4

mask表示是否需要掩码，只适用于客户端发送给服务器的消息（mask=1），这里是服务器发送数据，所以mask=0，offset=2，表示最初的两个字节（一共16位）。前四位中fin可以是1或者0，rsv1可以为1但是为了演示方便只考虑0、rsv2和rsv3必须为0，第五位到第八位表示opcode，这是一个可以用4位二进制表示的数字，所以前八位可以用图4中的区域2表示。

当数据的长度<=125，接下来一个字节直接用来表示数据长度；

当数据的长度<65536 && >125，payloadLength会等于126，此时payloadLength对应的数字只是一个标记，接下来需要扩展两个字节，这两个字节会写入数据真实的长度。

当数据的长度>=65536，payloadLength等于127，此时需要扩展8个字节，前四个字节写入的都是0，后面4个字节写入的是数据的长度，所以这里可以看出来数据的长度不能超出4个字节。

这里我们mock一下，当客户端发送给服务器消息时的情况，此时mask=1，如下图，

图5

与服务器发送数据的区别：

offset=6，初始化有6个字节；图5中区域1，第二个字节的第一位应该置为1，第三到第六个字节应该填入随机码；图5中区域2，利用这四个随机码给数据都加上掩码（异或）；

到这里数据结构已经拼接完成，下面就是把数据发送出去，如下：

图6

发送方式如图6，因为分两次发送，所以开启了tcp的cork算法，其实也可以把target和data拼接在一起发送。

服务端接受数据

接收数据和发送数据是相反的，如下图：

图7

我们可以通过socket的data事件获取客户端发送来的数据，这个数据需要按照图1的数据格式进行解析才能拿到信息。解析的过程我这里就不嗷述了，只要看懂数据是如何发送的，解析其实就是相反的过程！

总结

这篇文章主要讲了websocket是如何发送和接受数据的，并且详细分析了数据结构，虽然比较难懂，但是我觉得还是可以看明白的。

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