为什么需要WebSocket 协议？
众所周知，HTTP 协议是一个遵循请求-响应模式的协议。这种模式有两个特点：1. 由客户端先发起请求，然后等待服务器的响应。2. 服务器不能在没有接收到客户端请求时，就发送数据。也就是说，客户端和服务器之间的通信是单向的。

在某些应用中，通常有服务器向客户端推送数据的需求，也就是需要客户端和服务器之间能够双向通信。而使用现有的HTTP协议不能很好地实现这个需求，于是 HTTP 协议的升级版——WebSocket 协议被发明出来。

协议概述
WebSocket 协议包括两部分：握手和数据传输。握手时会使用 HTTP 协议，所以说它是 HTTP 协议的升级版。

握手
客户端发起握手时，会发送如下格式的 HTTP GET 请求：

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13

Host 头部就不用说了。

Upgrade 和 Connection 头部表明要求服务器升级到 WebSocket 协议。

Sec-WebSocket-Key 头部是一串 Base64 编码的随机字符串，用于握手验证。

Sec-WebSocket-Version 头部指明协议版本。

Origin 和 Sec-WebSocket-Protocol 头部是可选的，后者表示客户端支持的子协议。通常这两个头部都可以忽略。

服务器在收到握手请求时，回复如下的 HTTP 101 响应完成握手（协议升级）：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
Sec-WebSocket-Protocol: chat

Upgrade 和 Connection 头部表明服务器已经升级到 WebSocket 协议。
Sec-WebSocket-Accept 头部是为了给客户端做验证，它是的值是根据客户端 Sec-WebSocket-Key 头部的值使用某种算法计算出来的。

数据传输
握手成功后的数据传输过程就与 HTTP 协议没有任何关系了。传输过程中，任意一方都可以自由地发送数据。协议中的数据传输单元称作消息，一个消息包含一个或多个数据帧，每个数据帧都是消息的一个分片。WebSocket 数据帧的格式如下：

FIN，标志位。值为1时表示是一个消息的最后一个分片。

Opcode，4位。表示数据帧的类型，有如下值：

0x0。是一个连续的帧，即它的类型与上一个帧的类型相同。
0x1。是一个文本帧。
0x2。是一个二进制帧。
0x8。是一个关闭帧。
0x9。是一个 ping 帧。
0xa。是一个 pong 帧。
关闭帧、ping 帧和pong 帧都是控制帧，ping 帧和pong 帧可用来做心跳。
Mask，标志位。值为1时表示数据已经做了掩码操作。

Payload length，数据长度。它的值为0-125时，就表示数据长度。它的值为126时，接下来的16位（Extended payload length 字段）表示数据长度。它的值为127时，表示接下来的64位（16位的 Extended payload length 字段和48位的 Extended payload length continued 字段）表示数据长度。

Masking-key，Mask标志为1时，表示一个32位的数据掩码。Mask标志为0时，该字段不存在。

Payload Data，数据。

结束传输
当双方不需要再传输数据时，一端发送关闭帧（不能分片发送），另一端也回复关闭帧。关闭帧可携带数据，携带的数据前两个字节表示关闭状态码。连接正常关闭的状态码是1000。

通常关闭帧先由客户端发起，服务器在回复关闭帧后就立即关闭 TCP 连接。如果关闭帧先由服务器发起，那么客户端在回复关闭帧后要等待服务器先关闭 TCP 连接。