一、HTTP協議
傳統的HTTP協議是無狀態的，每次請求（request）都要由客戶端（如 瀏覽器）主動發起，服務端進行處理后返回response結果，而服務端很難主動向客戶端發送數據；
這種客戶端是主動方，服務端是被動方的傳統Web模式。 對於信息變化不頻繁的Web應用來說造成的麻煩較小，而對於涉及實時信息的Web應用卻帶來了很大的不便，
如帶有即時通信、實時數據、訂閱推送等功能的應 用。在WebSocket規范提出之前，開發人員若要實現這些實時性較強的功能，經常會使用折衷的解決方法：
輪詢（polling）和Comet技術。其實后者本質上也是一種輪詢，只不過有所改進。
輪詢是最原始的實現實時Web應用的解決方案。輪詢技術要求客戶端以設定的時間間隔周期性地向服務端發送請求，頻繁地查詢是否有新的數據改動。明顯地，這種方法會導致過多不必要的請求，浪費流量和服務器資源。輪詢是在特定的的時間間隔（如每1秒），由瀏覽器對服務器發出HTTP請求，然后由服務器返回最新的數據給客戶端的瀏覽器。這種傳統的模式帶來很明顯的缺點，即瀏覽器需要不斷的向服務器發出請求，然而HTTP請求可能包含較長的頭部，其中真正有效的數據可能只是很小的一部分，顯然這樣會浪費很多的帶寬等資源。
Comet技術又可以分為長輪詢和流技術。長輪詢改進了上述的輪詢技術，減小了無用的請求。它會為某些數據設定過期時間，當數據過期后才會向服務端發送請求；這種機制適合數據的改動不是特別頻繁的情況。流技術通常是指客戶端使用一個隱藏的窗口與服務端建立一個HTTP長連接，服務端會不斷更新連接狀態以保持HTTP長連接存活；這樣的話，服務端就可以通過這條長連接主動將數據發送給客戶端；流技術在大並發環境下，可能會考驗到服務端的性能。
這兩種技術都是基於請求-應答模式，都不算是真正意義上的實時技術；它們的每一次請求、應答，都浪費了一定流量在相同的頭部信息上，並且開發復雜度也較大。
二、WebSocket
WebSocket 是 HTML5 開始提供的一種在單個 TCP 連接上進行全雙工通訊的協議。
WebSocket 使得客戶端和服務器之間的數據交換變得更加簡單，允許服務端主動向客戶端推送數據。在 WebSocket API 中，瀏覽器和服務器只需要完成一次握手，兩者之間就直接可以創建持久性的連接，並進行雙向數據傳輸。
在 WebSocket API 中，瀏覽器和服務器只需要做一個握手的動作，然后，瀏覽器和服務器之間就形成了一條快速通道。兩者之間就直接可以數據互相傳送。
HTML5 定義的 WebSocket 協議，能更好的節省服務器資源和帶寬，並且能夠更實時地進行通訊。
瀏覽器通過 JavaScript 向服務器發出建立 WebSocket 連接的請求，連接建立以后，客戶端和服務器端就可以通過 TCP 連接直接交換數據。
當你獲取 Web Socket 連接后，你可以通過 send() 方法來向服務器發送數據，並通過 onmessage 事件來接收服務器返回的數據。
為客戶端推送時間消息的 Tornado WebSocket程序：
import tornado.ioloop import tornado.web import tornado.websocket import threading import time import datetime import asyncio from tornado.options import define, options, parse_command_line define("port", default=8888, help="run on the given port", type=int) clients = dict() # 客戶端Session 字典 class IndexHandler(tornado.web.RequestHandler): async def get(self): self.render("index.html") class MyWebSocketHandler(tornado.websocket.WebSocketHandler): def open(self, *args): # 有新鏈接時被調用 self.id = self.get_argument("Id") # 保存Session 到 clients字典中 clients[self.id] = {"id": self.id, "object": self} print("open function", str(clients)) def on_message(self, message): # 接受消息時被調用 print("Client %s received a message : %s" % (self.id, message)) def on_close(self): # 關閉鏈接時被調用 if self.id in clients: del clients[self.id] print("Client %s is closed" % self.id) def check_origin(self, origin): return True app = tornado.web.Application([(r'/', IndexHandler),(r'/websocket', MyWebSocketHandler)]) # 啟動單獨的線程運行此函數, 每隔一秒向所有的客戶端推送當前時間 def sendTime(): asyncio.set_event_loop(asyncio.new_event_loop()) # 啟動異步 event loop while True: for key in clients.keys(): msg = str(datetime.datetime.now()) clients[key]["object"].write_message(msg) print("write to client %s: %s" % (key, msg)) time.sleep(1) if __name__ == "__main__": threading.Thread(target=sendTime).start() parse_command_line() app.listen(options.port) tornado.ioloop.IOLoop.instance().start() # 掛起運行
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- 定義了全局變量字典clients, 用於保存所有與服務器建立起WebSocket鏈接的客戶端信息。字典的鍵是客戶端的id, 值是一個由id與相應的WebSocketHandler實例構成的元組；
- IndexHandler 是一個普通的頁面處理器，用於向客戶端渲染主頁, 該頁面中包含了 Websocket 的客戶端程序；
- MyWebSockerHandler 是本例的核心處理器，繼承 tornado.web.WebSocketHandler. 其中 open() 函數將所有客戶端鏈接保存到 clients字典中；
- on_message() 函數用於顯示客戶端發來的消息； on_close（）函數用於將已經關閉的 WebSocket鏈接從 clients 字典中移除。
- 函數 sendTime() 運行在單獨的線程中，每隔一秒輪詢 clients 中的所有客戶端並通過 MyWebSocketHandler.write_message() 函數向客戶端推送時間消息。
- 所有 Tornado 線程中必須有一個 event_loop, 該項要求通過 sendTime() 函數中的第一行代碼被滿足。
- 本例的 tornado.web.Application 實例中只配置了兩個路由，分別指向 IndexHandler 和 MyWebSocketHandler, 仍然由 Tornado IOLoop 啟動並運行。
index.html
<!DOCTYPE html> <html lang="en"> <head> <meta charset="UTF-8"> <title>Python后端WebSocket的實現</title> </head> <body> <a href="javascript:WebSocketTest()">Run Websocket</a> <div id="messages" style="height:200px; background:black; color: white;"></div> <script type="text/javascript"> var messageContainer = document.getElementById("messages"); function WebSocketTest(){ // 判斷當前瀏覽器是否支持WebSocket if("WebSocket" in window){ messageContainer.innerHTML = "WebSocket is supported by your browser!"; let ws = new WebSocket("ws://localhost:8888/websocket?Id=666888"); //連接成功建立的回調方法 ws.onopen = function(){ ws.send("Message to send"); }; //接收到消息的回調方法 ws.onmessage = function(evt){ var received_msg = evt.data; messageContainer.innerHTML += "<br/>Message is received: " + received_msg; }; //連接關閉的回調方法 ws.onclose = function(){ messageContainer.innerHTML += "<br/>Connection is closed ..."; }; }else{ messageContainer.innerHTML = "WebSocket Not Supported by your Browser!"; } } </script> </body> </html>
WebSocket程序運行效果：
