為什么客戶不直接控制智能家居網(wǎng)關(guān)，而要使用云服務(wù)器做中轉(zhuǎn)？

在通常的智能家居場(chǎng)景中，我們可以很方便地從口袋中掏出手機(jī)，打開(kāi)APP應(yīng)用，點(diǎn)擊幾下，啟動(dòng)家里的熱水器，這樣下班回家后，馬上就可以洗個(gè)熱水澡。

在這點(diǎn)擊的零點(diǎn)幾秒的時(shí)間內(nèi)，Internet網(wǎng)上的控制報(bào)文是如下傳輸?shù)摹?/p>

①客戶手機(jī)連接到云服務(wù)器發(fā)出熱水器的控制指令

②云服務(wù)器把控制指令轉(zhuǎn)發(fā)給家中智能家居網(wǎng)關(guān)，控制熱水器開(kāi)關(guān)

③熱水器響應(yīng)控制指令，將結(jié)果反饋給云服務(wù)器

④云服務(wù)器再將結(jié)果反饋給客戶APP，APP顯示設(shè)置成功

大家可能會(huì)問(wèn)一個(gè)問(wèn)題，為什么客戶APP不直接控制智能家居網(wǎng)關(guān)，而使用云服務(wù)器做中轉(zhuǎn)？

答案：智能家居設(shè)備是躲在家用路由器的后面，它的ip地址并不是公網(wǎng)地址，因此用戶手機(jī)是無(wú)法訪問(wèn)到智能家居設(shè)備。同理，云服務(wù)器也無(wú)法訪問(wèn)到智能家居設(shè)備。

因此智能家居設(shè)備需要主動(dòng)向云服務(wù)器發(fā)起連接，并建立好連接。這樣客戶APP就可以就隨時(shí)登錄到云端，通過(guò)云端對(duì)智能家居進(jìn)行控制。

我們拿在internet世界最常用的HTTP協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)智能家居網(wǎng)關(guān)和云服務(wù)器的交互控制。HTTP協(xié)議非常簡(jiǎn)單，客戶端發(fā)起一個(gè)request，服務(wù)器回一個(gè)response。

大家注意，服務(wù)器是不能主動(dòng)發(fā)起請(qǐng)求的，這是因?yàn)镠TTP協(xié)議必須是客戶端發(fā)起的。因此如果要控制智能家居設(shè)備，智能家居設(shè)備需要不停的向服務(wù)器發(fā)起詢問(wèn)，查看云服務(wù)器是否對(duì)它下控制命令。

設(shè)備不停地對(duì)服務(wù)器請(qǐng)求會(huì)造成以下問(wèn)題：

1、無(wú)論設(shè)備還是云服務(wù)器，CPU很忙，設(shè)備性能下降

2、占用帶寬，特別是云服務(wù)器的帶寬資源是比較昂貴的

好，我們現(xiàn)在請(qǐng)出WebSocket協(xié)議來(lái)替換HTTP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，設(shè)備和服務(wù)器的請(qǐng)求變成下面的對(duì)話：

這樣就明顯合理多了，因此WebSocket協(xié)議有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1、更小的控制開(kāi)銷。建立連接后，用于協(xié)議控制的數(shù)據(jù)包頭部相對(duì)較小，在不擴(kuò)展的情況下，只有2－10個(gè)字節(jié)。相對(duì)于HTTP請(qǐng)求每次都要帶完整的頭部，開(kāi)銷要小很多

2、更強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，協(xié)議是雙工的。客戶端和服務(wù)器端都可以隨時(shí)發(fā)起請(qǐng)求。

正因?yàn)閃ebSocket有這些優(yōu)點(diǎn)，它當(dāng)前被大量使用在如下領(lǐng)域：

1、社交聊天，如果WebSocket早一些出來(lái)，QQ和微信聊天的協(xié)議估計(jì)就是它了

2、彈幕

3、多玩家游戲

4、協(xié)同編輯，比如Google Docs，允許多人在線同時(shí)編輯相同一篇文檔

5、股票基金報(bào)價(jià)

6、基于位置的應(yīng)用

7、智能家居

可以看出來(lái)，需要實(shí)時(shí)性的場(chǎng)景都會(huì)使用WebSocket。

WebSocket vs HTTP

下圖是WebSocket和HTTP協(xié)議層次模型：

從圖上可以看出，HTTP和WebSocket有一些交集，我們通過(guò)下面一個(gè)典型的WebSocket握手請(qǐng)求來(lái)展示：

客戶端請(qǐng)求

GET/webfin/websocket/ HTTP/1.1Host： localhostUpgrade： websocket

Connection:UpgradeSec-WebSocket-Key： xqBt3ImNzJbYqRINxEFlkg==Origin： http://服務(wù)器地址Sec-WebSocket-Version： 13

服務(wù)器回應(yīng)

HTTP/1.1101 Switching ProtocolsUpgrade： websocketConnection： UpgradeSec-WebSocket-Accept： K7DJLdLooIwIG/MOpvWFB3y3FE8=

可以看出來(lái)，WebSocket建立連接是使用HTTP協(xié)議進(jìn)行握手的，握手完成之后，WebSocket就和HTTP沒(méi)有關(guān)系了，真正的數(shù)據(jù)傳輸階段是不需要http協(xié)議參與的。

WebSocket和HTTP是獨(dú)立的協(xié)議，那么為什么WebSocket協(xié)議借用了HTTP的協(xié)議來(lái)建立連接而不是自建一套獨(dú)立的協(xié)議呢？

在前幾年的時(shí)候，在大多數(shù)公司里，IT為了讓大家安心工作，在公司的防火墻上把QQ的端口號(hào)封了，這樣既解決了大家可以正常上網(wǎng)，但不能上網(wǎng)QQ聊天。如果QQ改用WebSocket來(lái)實(shí)現(xiàn)，WebSocket使用和HTTP相同的80端口，IT就沒(méi)法限制了，除非把Web瀏覽也禁掉。因此WebSocket協(xié)議借用了HTTP的協(xié)議來(lái)建立連接，使用HTTP的端口號(hào)，可以繞過(guò)大多數(shù)防火墻的限制。有Web的地方，WebSocket就可以通行無(wú)阻。

瀏覽器的兼容性

由于WebSocket協(xié)議是在2011年最終定稿，因此一些舊款的瀏覽器還無(wú)法支持WebSocket，比如IE10以前的版本。下面是實(shí)現(xiàn)了WebSocket的瀏覽器（最終版本RFC6455）：

Web世界日新月異，但I(xiàn)E的對(duì)新技術(shù)的支持總要慢一拍，所以現(xiàn)在IE的份額也在逐年下降。來(lái)自Net Market Share 2016年7月份的統(tǒng)計(jì)，Google的Chrome瀏覽器（48.65%）已經(jīng)超越 IE（31.65%）的市場(chǎng)份額。這里提醒，還在用IE老版本的朋友們，趕快升級(jí)吧。

WebSocket之前

大家可能會(huì)有疑問(wèn)，2011年WebSocket才最終定稿，那么之前如何實(shí)現(xiàn)像聊天室之類的實(shí)時(shí)應(yīng)用呢？答案是：使用tcp編程。所以像QQ這樣的聊天程序，騰訊需要自己開(kāi)發(fā)私有的SDK來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果今天開(kāi)發(fā)QQ聊天程序，直接拿WebSocket來(lái)用就好了，瀏覽器、客戶端程序、服務(wù)器程序、各種編程語(yǔ)言都已經(jīng)開(kāi)發(fā)了現(xiàn)成的WebSocket庫(kù)函數(shù)，可以直接調(diào)用。底層的通信協(xié)議和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)不用再考慮了。

HTTP和WebSocket的編程對(duì)應(yīng)于OSI七層協(xié)議中的第七層，而tcp編程在第三層。從編程角度來(lái)說(shuō)，層次越高，編碼越簡(jiǎn)單。原理類似于，程序員用c語(yǔ)言編程還是python編程一樣，python寫(xiě)幾句話，c可能需要寫(xiě)幾頁(yè)的程序。

總結(jié)

在web開(kāi)發(fā)之前是沒(méi)有保持長(zhǎng)鏈接的協(xié)議，WebSocket的誕生使其從無(wú)到有，全雙工、實(shí)時(shí)、高效，WebSocket迎合了實(shí)時(shí)通訊的需求。
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