WebSocket与HTTP协议究竟有何不同？FastAPI如何让长连接变得如此简单？
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第一章：WebSocket协议基础与FastAPI定位
1.1 WebSocket与HTTP协议核心差异
通过对比传统HTTP协议与WebSocket协议的核心特性，我们可以从以下维度理解二者的差异：
对比维度HTTP 1.1WebSocket通信模式请求-响应模式（半双工）全双工双向通信连接持久性短连接（默认关闭）长连接（保持激活状态）数据传输效率每次请求需携带完整Header初始握手后仅传输有效数据数据格式基于文本（支持二进制分帧）原生支持二进制帧和文本帧服务端推送能力依赖长轮询/SSE实现原生支持服务端主动推送sequenceDiagram participant Client participant Server Client->>Server: HTTP Request Server-->>Client: HTTP Response Note over Client,Server: Traditional HTTP (Request/Response Model) Client->>Server: WebSocket Handshake Request Server-->>Client: WebSocket Handshake Response Client->Server: WebSocket Connection Established loop Continuous Communication Client-->>Server: Send Data Server-->>Client: Receive Data Server-->>Client: Send Data Client-->>Server: Receive Data end Note over Client,Server: WebSockets (Full-Duplex Communication)类比理解：HTTP协议如同收发纸质信件（每次通信需重新建立连接），WebSocket则像是电话通话（建立连接后可随时双向对话）
1.2 FastAPI的WebSocket原生支持
1.2.1 基础路由配置
FastAPI通过简洁的装饰器语法支持WebSocket端点定义：
from fastapi import FastAPI, WebSocket
from pydantic import BaseModel
app = FastAPI()
class MessageModel(BaseModel):
content: str
type: str = "text"
@app.websocket("/ws-chat")
async def websocket_endpoint(websocket: WebSocket):
await websocket.accept()
try:
while True:
data = await websocket.receive_json()
message = MessageModel(**data)# Pydantic数据验证
await websocket.send_json({"status": "received", "data": message.dict()})
except Exception as e:
await websocket.close(code=1011, reason=str(e))（使用环境：Python 3.8+, fastapi0.109.0, uvicorn0.27.0, pydantic==2.6.4）
1.2.2 关键技术特性
[*]异步处理架构：基于ASGI标准支持高并发连接
[*]自动协议升级：自动处理HTTP到WebSocket的协议切换
[*]数据验证集成：结合Pydantic实现强类型数据校验
[*]连接生命周期管理：提供accept()/receive()/send()/close()全流程控制
1.3 长连接应用场景实践
1.3.1 实时聊天系统
# 存储活跃连接的全局字典
active_connections = {}
@app.websocket("/chat/{room_id}")
async def chat_room(websocket: WebSocket, room_id: str):
await websocket.accept()
active_connections = room_id
try:
while True:
message = await websocket.receive_text()
# 广播消息到同房间用户
for conn, r_id in active_connections.items():
if r_id == room_id:
await conn.send_text(f"Room {room_id}: {message}")
finally:
del active_connections1.3.2 实时数据监控
from datetime import datetime
@app.websocket("/system-monitor")
async def monitor_feed(websocket: WebSocket):
await websocket.accept()
while True:
# 模拟获取系统指标
metrics = {
"timestamp": datetime.now().isoformat(),
"cpu_load": os.getloadavg(),
"memory_usage": psutil.virtual_memory().percent
}
await websocket.send_json(metrics)
await asyncio.sleep(1)# 每秒推送一次1.3.3 实时通知推送
import redis
from fastapi import BackgroundTasks
redis_conn = redis.Redis(host='localhost', port=6379)
async def notification_listener(websocket: WebSocket, user_id: str):
pubsub = redis_conn.pubsub()
await pubsub.subscribe(f"notifications:{user_id}")
while True:
message = await pubsub.get_message(ignore_subscribe_messages=True)
if message:
await websocket.send_text(message['data'])
@app.websocket("/notifications")
async def notification_endpoint(websocket: WebSocket, user_id: str):
await websocket.accept()
background_tasks = BackgroundTasks()
background_tasks.add_task(notification_listener, websocket, user_id)
await background_tasks()课后Quiz
Q1：WebSocket连接建立过程中，客户端首先发送的特殊HTTP Header是什么？
A) Upgrade: websocket
B) Connection: keep-alive
C) Accept: text/websocket
D) Protocol: ws
正确答案：A
解析：WebSocket握手阶段要求客户端发送Upgrade: websocket头，表示请求协议升级
常见报错解决方案
错误现象：
WebSocket连接失败 400 Bad Request
排查步骤：
[*]检查客户端是否使用ws://或wss://协议前缀
[*]验证服务器端是否正确定义WebSocket路由
[*]确认Nginx等反向代理配置包含以下参数：proxy_http_version 1.1;
proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
proxy_set_header Connection "upgrade";
[*]使用浏览器开发者工具查看WebSocket握手阶段的网络请求详情
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