WEB 实时推送技术的总结

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

// 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。

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。

// 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。

// 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。

二、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

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：

// 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：

三、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。

参考文章