三种 Web 通信技术之间的差异

在网络应用的快速发展中，新型的通信协议不断涌现，而 WebSocket、gRPC 和 QUIC 都是现代网络通信技术中的重要协议和技术，在不同的应用场景中，它们之间存在着一定的相同和差异。接下来我们就以这三种技术的特点、差异和应用场景进行分析说明。

什么是 WebSocket?

WebSocket 是一种基于 HTTP 的协议，是 HTML5 研究小组在 2011 年提出的一个协议规范，主要用于实现双向通信。在 WebSocket 中，客户端和服务器可以建立一条持久化的连接，通过这条连接可以实现双向通信。

WebSocket 是应用层第七层上的一个应用层协议，它必须依赖 HTTP 协议进行一次握手 ，握手成功后，数据就直接从 TCP 通道传输，与 HTTP 无关了。也就是说 WebSocket 分为握手和数据传输阶段（HTTP 握手 + 双工的 TCP 连接），还有最后关闭连接阶段，如下图：

有以下特点

● 建立在 TCP 协议之上

（它需要通过握手连接之后才能通信，服务器端的实现比较容易）

● 双向通信

（当建立通信连接，可以做到持久性的连接，服务器可以主动给客户端推送消息）

● 与 HTTP 协议有着良好的兼容性

（默认端口也是 80 或 443，并且握手阶段采用 HTTP 协议，因此握手时不容易屏蔽，能通过各种代理服务器）

● 性能开销小，通信高效

（数据格式比较轻量，可以发送文本，也可以发送二进制数据）

● 没有同源限制

（客户端可以与任意服务器通信）

应用场景

● 聊天应用

● 在线游戏

● 协作编辑应用

● 股票交易应用

● 实时活动/数据流展示等

什么是 gRPC？

gRPC 是 Google 在 2016 推出的一个高性能轻量级 RPC 框架，它使用 Protobuf 作为接口描述语言，支持多种编程语言，如 C++, Java, Python 等。

gRPC 是建立在 TCP 之上，工作模式有四种：

■ 简单 RPC

（一般的 rpc 调用，client 请求一次，server 返回一次）

■ 服务端流式 RPC

（client 请求一次，server 返回多次）

■ 客户端流式 RPC

（client 请求多次，server 返回一次）

■ 双向流式 RPC

（结合客户端流式和服务端流式，即双方可以流式互相通信）

对比传统的 RPC，在响应返回之前时是不能继续发送请求的，而 gRPC 双向流模式可以同时互相通信，默认使用 protobuf 协议，比 xml 和 json 传输效率高 10-20 倍.

有以下特点

● 支持多种语言（跨语言编程）

● 性能高

（protobuf 性能高过 json, http2.0 性能高过 http1.1）

● 基于标准的 HTTP/2 设计

（支持双向流、消息头压缩、单 TCP 的多路复用、服务端推送等特性）

● 默认采用 protobuf 作为 IDL

（接口描述语言）

● 序列化支持 protobuf

（protobuf 是一种语言无关的高性能序列化框架，保障了 RPC 调用的高性能，传输效率高）

● 流式处理

（基于 http2.0 支持客户端流式，服务端流式，双向流式）

应用场景

● 微服务架构

可以用于构建微服务架构中的各个服务之间的通信，实现高效的服务调用。

● 多语言项目

其跨语言特性使得不同语言的项目可以通过 gRPC 进行通信，特别是当项目涉及多个不同语言的服务的时候。

● 云原生应用

可以与 Kubernetes、Istio 等云原生技术结合使用，实现服务的发现、负载均衡、容错等功能，从而更好地支持云原生应用的开发和部署。

什么是 QUIC?

QUIC 是谷歌在 2016 年制定的一种基于 UDP 的低时延的互联网传输层协议，旨在解决 TCP 协议存在的问题。QUIC 支持多路复用和快速握手，可以提高数据传输的效率和可靠性。

有以下特点

● 快速启动和快速恢复

QUIC 可以在连接建立时立即启动数据传输，不需要等待握手完成，因此可以更快地建立连接和传输数据。

● 多路复用

可以在一个连接上同时传输多个数据流，提高网络利用率和数据传输效率。

● 安全性

内置 TLS 协议，支持端到端的加密传输，可以保护数据的机密性和完整性，防止网络中间人攻击和数据泄露。

● 连接保持

当客户端 IP 或者端口发生变化时，可以快速恢复连接，也就是从 WiFi 切换到流量时用户无感知。

● 适应性

依据自适应算法并结合网络状况调整传输参数。例如调整窗口大小、重传超时等，以适应不同的网络环境和带宽情况。

有以下特点

● 实时通信和游戏

其快速启动和快速恢复的特点，使得它更适用于实时通信和游戏场景。

● 流媒体和视频服务

其多路复用和流量控制，适合用于流媒体和视频服务，提高数据传输效率和网络利用率。

● 网络安全

内置 TLS 协议，支持端到端的加密传输，可以保护数据的机密性和完整性，适合用于网络安全场景。

三者之间的差异对比

综 合 对 比

如何使用呢？

何时使用 WebSocket?

实时更新的功能及服务，其中通信是单向的，由服务器将最新更新的信息推送到客户端。如：警报和通知。

双向通信的功能及服务，客户端和服务器互相实时发送和接收消息。如：在线聊天、在线协作编辑文档。

一次向多个终端广播相同的消息，通常说法为发布/订阅消息传递方式。

何时使用 gRPC？

在微服务风格的系统框架中使用 gRPC 连接多语言服务。针对流式请求和流式响应的点对点实时服务。

何时使用 QUIC?

短视频：提升首屏秒开率，降低卡顿率。

图片文件下载：降低文件下载总耗时。

直播：降低播放卡顿率，提升推流稳定性。

总 结

你要选择使用哪种协议将取决于你的特定需求。你的应用程序的应用场景和目标决定了你应该使用哪种协议。比如：双向通信的实时应用程序就最适合使用 WebSocket，但它不太适合需要发送大量数据的应用程序。若应用服务间需要发送大量数据进行通信，那 gRPC 无疑是最好的选择。基本上，你需要确定您的应用程序开发目标是什么，侧重点是什么。

你可以尝试对自己问以下问题：

● 应用程序的目标是什么：安全还是质量？

● 应用程序开发目标是什么？

● 未来的目标是什么？

关注以上的几个问题的同时，然后决定为要研发的应用程序选择一个适合的通信技术。