單工、半雙工、全雙工通信模式詳解

前言：最近在學websocket，本來想了解一下除了websocket還有其他的沒有，後面重新學了一下

一、核心概述

單工、半雙工、全雙工（簡稱“全工”）是根據 數據傳輸方向 和 能否同時雙向傳輸 劃分的三種基礎通信模式。其核心差異在於“是否支持雙向傳輸”及“雙向傳輸時是否可同步進行”，本質是對通信信道（數據傳輸的“通道”）的使用規則定義。

該分類適用於所有通信場景，無論是硬件設備（對講機、電話）還是網絡協議（HTTP、WebSocket），均遵循此規則。對於開發場景而言，理解三種模式是掌握網絡通信協議（如HTTP/WebSocket）核心特性的基礎。

二、三種通信模式詳細拆解

以下從“定義、核心特點、典型案例”三個維度，結合日常場景與開發場景逐類説明，兼顧通俗性與實操關聯性。

2.1 單工通信：單向傳輸，不可逆

2.1.1 核心定義

數據只能從一端（發送端）向另一端（接收端）單向傳輸，接收端無法向發送端反饋數據，傳輸方向完全固定不可逆。

2.1.2 核心特點

• 僅需1條單向通信信道，無需切換傳輸方向；
• 實現簡單、硬件/軟件成本低；
• 通信效率有限，僅能滿足“單向數據推送”需求。

2.1.3 典型案例

日常場景

收音機/電視廣播（電台→收音機/電視台→電視，只能接收信號無法反饋）、紅外遙控（遙控器→電視/空調，設備不回傳指令）、打印機（電腦→打印機，打印機僅接收打印指令不主動發數據）。

開發/網絡場景

簡易安防攝像頭→監控主機（僅傳輸視頻流，不接收控制指令）、串口單工通信（早期工業設備，一端固定發數據，另一端固定收數據）、部分日誌推送服務（服務端→客户端單向推送日誌，無客户端反饋）。

2.2 半雙工通信：雙向傳輸，但不同時

2.2.1 核心定義

數據可在兩端之間雙向傳輸（A→B 或 B→A），但 同一時間只能進行一個方向的傳輸，需通過切換傳輸方向實現雙向通信，類似“輪流説話”。

2.2.2 核心特點

• 僅需1條共享通信信道，通過“信道方向切換”實現雙向傳輸；
• 存在傳輸延遲（切換方向耗時），通信效率中等；
• 需約定傳輸規則（如“誰先發送、發送完畢後釋放信道”），避免發送/接收衝突。

2.2.3 典型案例

日常場景

對講機（“收到請回答”，一方按住按鍵説話時，另一方只能監聽，鬆開按鍵後才能迴應）、早期對講機式客服通話、步行電台。

開發/網絡場景（重點關注）

1. HTTP/1.1 協議：客户端發送請求→服務端返回響應，必須等服務端響應完成後，客户端才能發送下一個請求，無法同時雙向傳輸，是典型的半雙工通信；
2. 早期藍牙（藍牙2.0及以下）：手機→耳機傳輸音頻，耳機→手機回傳按鍵指令，但無法同時進行；
3. 串口半雙工通信（RS485協議）：工業設備間互傳數據，同一時間僅一端發送，另一端接收。

2.3 全雙工通信：雙向傳輸，可同時

2.3.1 核心定義

數據可在兩端之間雙向傳輸，且兩個方向的傳輸可同時進行，類似“兩個人同時説話並互相聽見”，雙向傳輸互不干擾。

2.3.2 核心特點

• 需2條獨立的單向信道（一條A→B，一條B→A），無需切換傳輸方向；
• 雙向同時傳輸，通信效率最高，無傳輸衝突；
• 實現成本高於單工、半雙工，需支持雙向併發傳輸的硬件/軟件設計。

2.3.3 典型案例

日常場景

電話/微信語音通話（雙方可同時説話、同時聽到）、視頻通話（同時傳輸畫面和聲音，雙向同步）。

開發/網絡場景（重點關注）

1. WebSocket 協議：客户端與服務端建立TCP連接後，服務端可主動向客户端推送數據，同時客户端也可向服務端發送數據（如實時聊天、實時通知）；
2. TCP 協議（底層核心）：TCP本身是全雙工協議，為上層協議提供雙向同時傳輸的基礎；
3. SSH 遠程連接：本地終端向服務器發送命令的同時，服務器可實時返回日誌/執行結果；
4. 數據庫長連接（MySQL/Redis）：客户端發送查詢指令的同時，服務端可主動推送狀態信息（如Redis訂閲消息）；
5. 以太網/網線通信：電腦與路由器之間，上傳數據（電腦→路由器）和下載數據（路由器→電腦）可同時進行（如邊下載文件邊上傳文檔）。

三、三種通信模式核心區別對比表

四、關鍵補充：開發場景避坑要點

4.1 通信模式與底層傳輸層的關係

上層應用協議的通信模式，依賴底層傳輸層協議的支持：

• TCP 是全雙工傳輸層協議，因此基於TCP的上層協議（HTTP、WebSocket、SSH、Redis）均具備全雙工傳輸的底層基礎；但上層協議可通過規則限制為半雙工（如HTTP的“請求-響應”規則）；
• UDP 是無連接傳輸層協議，本身不保證可靠傳輸，但可支持半雙工或全雙工（如QUIC協議基於UDP實現全雙工）。

4.2 誤區澄清：HTTP/2 是全雙工嗎？

不是。HTTP/2 支持“多路複用”（多個請求可通過同一TCP連接併發傳輸），但本質仍遵循“請求-響應”模式，服務端無法主動向客户端發送數據，因此仍屬於半雙工通信。

4.3 為什麼 WebSocket 能實現全雙工？

WebSocket 與HTTP一樣基於TCP（全雙工底層），但握手成功後打破了“請求-響應”的限制：客户端和服務端均無需等待對方迴應，可主動向對方發送數據，且兩個方向的傳輸可同時進行，因此實現全雙工。

五、與開發常用技術的關聯映射

結合日常開發場景，將常用技術與通信模式對應，幫助快速理解：

• HTTP 接口（1.1/2版本）：半雙工（客户端請求→服務端響應，輪流進行）；
• WebSocket 實時通信：全雙工（服務端主動推送、客户端主動發送，同時進行）；
• SSH 遠程連接：全雙工（本地輸命令+服務器返日誌，同步進行）；
• MySQL/Redis 長連接：全雙工（客户端發查詢指令+服務端推訂閲消息，同步進行）；
• 簡易日誌推送服務：單工（服務端→客户端單向推送）。

六、記憶口訣與總結

6.1 記憶口訣（快速區分）

• 單工：單行線，只能單向走；
• 半雙工：雙向單車道，車輛輪流過，不可對開；
• 全雙工：雙向雙車道，兩方向車輛同時開，互不干擾。

6.2 核心總結

三種通信模式的核心差異在於“雙向傳輸能力”和“同步傳輸能力”：

• 單工：放棄雙向傳輸，追求簡單低成本；
• 半雙工：支持雙向傳輸，但犧牲同步性，平衡成本與需求；
• 全雙工：兼顧雙向與同步傳輸，追求最高效率，適用於實時通信場景（如聊天、監控）。