随着 Web 的发展,用户对于 Web 的实时推送要求也越来越高 ,比如,工业运行监控、Web 在线通讯、即时报价系统、在线游戏等,都需要将后台发生的变化主动地、实时地传送到浏览器端,而不需要用户手动地刷新页面。本文对过去和现在流行的 Web 实时推送技术进行了比较与总结。 纸上得来终觉浅,建议大家动手敲敲代码——本文完整的源代码请猛戳Github博客(https://github.com/ljianshu/Blog)。
双向通信 HTTP 协议有一个缺陷:通信只能由客户端发起。举例来说,我们想了解今天的天气,只能是客户端向服务器发出请求,服务器返回查询结果,HTTP 协议做不到服务器主动向客户端推送信息。这种单向请求的特点,注定了如果服务器有连续的状态变化,客户端要获知就非常麻烦。 在WebSocket协议之前,有三种实现双向通信的方式:轮询(polling)、长轮询(long-polling)和iframe流(streaming)。 1.轮询(polling) 轮询是客户端和服务器之间会一直进行连接,每隔一段时间就询问一次。其缺点也很明显:连接数会很多,一个接受,一个发送。而且每次发送请求都会有Http的Header,会很耗流量,也会消耗CPU的利用率。 // 1.html <div id='clock'></div> <script> let clockDiv = document.getElementById('clock'); setInterval(function(){ let xhr = new XMLHttpRequest; xhr.open('GET','/clock',true); xhr.onreadystatechange = function(){ if(xhr.readyState == 4 && xhr.status == 200){ console.log(xhr.responseText); clockDiv.innerHTML = xhr.responseText; } } xhr.send(); },1000); </script>
//轮询 服务端 let express = require('express'); let app = express(); app.use(express.static(__dirname)); app.get('/clock',function(req,res){ res.end(new Date().toLocaleString()); }); app.listen(8080);
启动本地服务,打开http://localhost:8080/1.html,得到如下结果: 2.长轮询(long-polling) 长轮询是对轮询的改进版,客户端发送HTTP给服务器之后,看有没有新消息,如果没有新消息,就一直等待。当有新消息的时候,才会返回给客户端。在某种程度上减小了网络带宽和CPU利用率等问题。由于http数据包的头部数据量往往很大(通常有400多个字节),但是真正被服务器需要的数据却很少(有时只有10个字节左右),这样的数据包在网络上周期性的传输,难免对网络带宽是一种浪费。 // 2.html 服务端代码同上 <div id='clock'></div> <script> let clockDiv = document.getElementById('clock') function send() { let xhr = new XMLHttpRequest() xhr.open('GET', '/clock', true) xhr.timeout = 2000 // 超时时间,单位是毫秒 xhr.onreadystatechange = function() { if (xhr.readyState == 4) { if (xhr.status == 200) { //如果返回成功了,则显示结果 clockDiv.innerHTML = xhr.responseText } send() //不管成功还是失败都会发下一次请求 } } xhr.ontimeout = function() { send() } xhr.send() } send() </script>
3.iframe流(streaming)
iframe流方式是在页面中插入一个隐藏的iframe,利用其src属性在服务器和客户端之间创建一条长连接,服务器向iframe传输数据(通常是HTML,内有负责插入信息的javascript),来实时更新页面。 // 3.html <body> <div id='clock'></div> <iframe src='/clock' style='display:none'></iframe> </body>
//iframe流 let express = require('express') let app = express() app.use(express.static(__dirname)) app.get('/clock', function(req, res) { setInterval(function() { let date = new Date().toLocaleString() res.write(` <script type='text/javascript'> parent.document.getElementById('clock').innerHTML = '${date}';//改变父窗口dom元素 </script> `) }, 1000) }) app.listen(8080)
启动本地服务,打开http://localhost:8080/3.html,得到如下结果: 上述代码中,客户端只请求一次,然而服务端却是源源不断向客户端发送数据,这样服务器维护一个长连接会增加开销。 以上我们介绍了三种实时推送技术,然而各自的缺点很明显,使用起来并不理想,接下来我们着重介绍另一种技术——websocket,它是比较理想的双向通信技术。
WebSocket 1.什么是websocket? WebSocket是一种全新的协议,随着HTML5草案的不断完善,越来越多的现代浏览器开始全面支持WebSocket技术了,它将TCP的Socket(套接字)应用在了webpage上,从而使通信双方建立起一个保持在活动状态连接通道。 一旦Web服务器与客户端之间建立起WebSocket协议的通信连接,之后所有的通信都依靠这个专用协议进行。通信过程中可互相发送JSON、XML、HTML或图片等任意格式的数据。由于是建立在HTTP基础上的协议,因此连接的发起方仍是客户端,而一旦确立WebSocket通信连接,不论服务器还是客户端,任意一方都可直接向对方发送报文。 初次接触 WebSocket 的人,都会问同样的问题:我们已经有了 HTTP 协议,为什么还需要另一个协议? 2.HTTP的局限性 HTTP是半双工协议,也就是说,在同一时刻数据只能单向流动,客户端向服务器发送请求(单向的),然后服务器响应请求(单向的)。 服务器不能主动推送数据给浏览器。这就会导致一些高级功能难以实现,诸如聊天室场景就没法实现。 3.WebSocket的特点 相对于传统的HTTP每次请求-应答都需要客户端与服务端建立连接的模式,WebSocket是类似Socket的TCP长连接的通讯模式,一旦WebSocket连接建立后,后续数据都以帧序列的形式传输。 在客户端断开WebSocket连接或Server端断掉连接前,不需要客户端和服务端重新发起连接请求。 在海量并发和客户端与服务器交互负载流量大的情况下,极大的节省了网络带宽资源的消耗,有明显的性能优势,且客户端发送和接受消息是在同一个持久连接上发起,实时性优势明显。 接下来我看下websocket如何实现客户端与服务端双向通信: // websocket.html <div id='clock'></div> <script> let clockDiv = document.getElementById('clock') let socket = new WebSocket('ws://localhost:9999') //当连接成功之后就会执行回调函数 socket.onopen = function() { console.log('客户端连接成功') //再向服务 器发送一个消息 socket.send('hello') //客户端发的消息内容 为hello } //绑定事件是用加属性的方式 socket.onmessage = function(event) { clockDiv.innerHTML = event.data console.log('收到服务器端的响应', event.data) } </script>
// websocket.js let express = require('express') let app = express() app.use(express.static(__dirname)) //http服务器 app.listen(3000) let WebSocketServer = require('ws').Server //用ws模块启动一个websocket服务器,监听了9999端口 let wsServer = new WebSocketServer({ port: 9999 }) //监听客户端的连接请求 当客户端连接服务器的时候,就会触发connection事件 //socket代表一个客户端,不是所有客户端共享的,而是每个客户端都有一个socket wsServer.on('connection', function(socket) { //每一个socket都有一个唯一的ID属性 console.log(socket) console.log('客户端连接成功') //监听对方发过来的消息 socket.on('message', function(message) { console.log('接收到客户端的消息', message) socket.send('服务器回应:' + message) }) })
启动本地服务,打开http://localhost:3000/websocket.html,得到如下结果:
Web 实时推送技术的比较
综上所述:Websocket协议不仅解决了HTTP协议中服务端的被动性,即通信只能由客户端发起,也解决了数据同步有延迟的问题,同时还带来了明显的性能优势,所以websocket是Web实时推送技术的比较理想的方案,但如果要兼容低版本浏览器,可以考虑用轮询来实现。 作者简介:浪里行舟,硕士研究生,专注于前端,运营有个人公众号:前端工匠,致力于打造适合初中级工程师能够快速吸收的一系列优质文章。
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