Web 实时推送技术的总结

纯洁的代码
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前言随着 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。
本文完整的源代码请猛戳Github博客，纸上得来终觉浅，建议大家动手敲敲代码。
一、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。
  • 优点：实现简单，无需做过多的更改
  • 缺点：轮询的间隔过长，会导致用户不能及时接收到更新的数据；轮询的间隔过短，会导致查询请求过多，增加服务器端的负担
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<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>

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//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。
  • 优点：比 Polling 做了优化，有较好的时效性
  • 缺点：保持连接会消耗资源; 服务器没有返回有效数据，程序超时。
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// 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。
  • 优点：消息能够实时到达；浏览器兼容好
  • 缺点：服务器维护一个长连接会增加开销；IE、chrome、Firefox会显示加载没有完成，图标会不停旋转。
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// 3.html
<body>
<div id="clock"></div>
<iframe src="/clock" style="display:none"></iframe>
</body>
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//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。
二、WebSocket1.什么是websocketWebSocket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
  • 支持双向通信，实时性更强
  • 可以发送文本，也可以发送二进制数据
  • 减少通信量：只要建立起WebSocket连接，就希望一直保持连接状态。和HTTP相比，不但每次连接时的总开销减少，而且由于WebSocket的首部信息很小，通信量也相应减少了


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：
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// 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>

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// 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：



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