淺談Web 實時推送技術，有對比，有總結
前言
隨著 Web 的發展，用戶對于 Web 的實時推送要求也越來越高 ，比如，工業運行監控、Web 在線通訊、即時報價系統、在線游戲等，都需要將后臺發生的變化主動地、實時地傳送到瀏覽器端，而不需要用戶手動地刷新頁面。本文對過去和現在流行的 Web 實時推送技術進行了比較與總結。
一、雙向通信
HTTP 協議有一個缺陷：通信只能由客戶端發起。舉例來說，我們想了解今天的天氣，只能是客戶端向服務器發出請求，服務器返回查詢結果。HTTP 協議做不到服務器主動向客戶端推送信息。這種單向請求的特點，注定了如果服務器有連續的狀態變化，客戶端要獲知就非常麻煩。在WebSocket協議之前，有三種實現雙向通信的方式：輪詢（polling）、長輪詢（long-polling）和iframe流（streaming）。
1.輪詢（polling）
輪詢是客戶端和服務器之間會一直進行連接，每隔一段時間就詢問一次。其缺點也很明顯：連接數會很多，一個接受，一個發送。而且每次發送請求都會有Http的Header，會很耗流量，也會消耗CPU的利用率。
- 優點：實現簡單，無需做過多的更改
- 缺點：輪詢的間隔過長，會導致用戶不能及時接收到更新的數據；輪詢的間隔過短，會導致查詢請求過多，增加服務器端的負擔
- // 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>
- //輪詢 服務端
- 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);
啟動本地服務，打開http://localhost:8080/1.html,得到如下結果：
2.長輪詢（long-polling）
長輪詢是對輪詢的改進版，客戶端發送HTTP給服務器之后，看有沒有新消息，如果沒有新消息，就一直等待。當有新消息的時候，才會返回給客戶端。在某種程度上減小了網絡帶寬和CPU利用率等問題。由于http數據包的頭部數據量往往很大（通常有400多個字節），但是真正被服務器需要的數據卻很少（有時只有10個字節左右），這樣的數據包在網絡上周期性的傳輸，難免對網絡帶寬是一種浪費。
- 優點：比 Polling 做了優化，有較好的時效性
- 缺點：保持連接會消耗資源; 服務器沒有返回有效數據，程序超時。
- // 2.html 服務端代碼同上
- <div id="clock"></div>
- <script>
- let clockDiv = document.getElementById('clock')
- function send() {
- let xhr = new XMLHttpRequest()
- xhr.open('GET', '/clock', true)
- xhr.timeout = 2000 // 超時時間，單位是毫秒
- xhr.onreadystatechange = function() {
- if (xhr.readyState == 4) {
- if (xhr.status == 200) {
- //如果返回成功了，則顯示結果
- clockDiv.innerHTML = xhr.responseText
- }
- send() //不管成功還是失敗都會發下一次請求
- }
- }
- xhr.ontimeout = function() {
- send()
- }
- xhr.send()
- }
- send()
- </script>
3.iframe流（streaming）
iframe流方式是在頁面中插入一個隱藏的iframe，利用其src屬性在服務器和客戶端之間創建一條長連接，服務器向iframe傳輸數據（通常是HTML，內有負責插入信息的javascript），來實時更新頁面。
- 優點：消息能夠實時到達；瀏覽器兼容好
- 缺點：服務器維護一個長連接會增加開銷；IE、chrome、Firefox會顯示加載沒有完成，圖標會不停旋轉。
- // 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}";//改變父窗口dom元素
- </script>
- `)
- }, 1000)
- })
- app.listen(8080)
啟動本地服務，打開http://localhost:8080/3.html,得到如下結果：
上述代碼中，客戶端只請求一次，然而服務端卻是源源不斷向客戶端發送數據，這樣服務器維護一個長連接會增加開銷。
以上我們介紹了三種實時推送技術，然而各自的缺點很明顯，使用起來并不理想，接下來我們著重介紹另一種技術--websocket,它是比較理想的雙向通信技術。
二、WebSocket
1.什么是websocket
WebSocket是一種全新的協議，隨著HTML5草案的不斷完善，越來越多的現代瀏覽器開始全面支持WebSocket技術了，它將TCP的Socket（套接字）應用在了webpage上，從而使通信雙方建立起一個保持在活動狀態連接通道。
一旦Web服務器與客戶端之間建立起WebSocket協議的通信連接，之后所有的通信都依靠這個專用協議進行。通信過程中可互相發送JSON、XML、HTML或圖片等任意格式的數據。由于是建立在HTTP基礎上的協議，因此連接的發起方仍是客戶端，而一旦確立WebSocket通信連接，不論服務器還是客戶端，任意一方都可直接向對方發送報文。
初次接觸 WebSocket 的人，都會問同樣的問題：我們已經有了 HTTP 協議，為什么還需要另一個協議？
2.HTTP的局限性
- HTTP是半雙工協議，也就是說，在同一時刻數據只能單向流動，客戶端向服務器發送請求(單向的)，然后服務器響應請求(單向的)。
- 服務器不能主動推送數據給瀏覽器。這就會導致一些高級功能難以實現，諸如聊天室場景就沒法實現。
3.WebSocket的特點
- 支持雙向通信，實時性更強
- 可以發送文本，也可以發送二進制數據
- 減少通信量：只要建立起WebSocket連接，就希望一直保持連接狀態。和HTTP相比，不但每次連接時的總開銷減少，而且由于WebSocket的首部信息很小，通信量也相應減少了
相對于傳統的HTTP每次請求-應答都需要客戶端與服務端建立連接的模式，WebSocket是類似Socket的TCP長連接的通訊模式，一旦WebSocket連接建立后，后續數據都以幀序列的形式傳輸。在客戶端斷開WebSocket連接或Server端斷掉連接前，不需要客戶端和服務端重新發起連接請求。在海量并發和客戶端與服務器交互負載流量大的情況下，極大的節省了網絡帶寬資源的消耗，有明顯的性能優勢，且客戶端發送和接受消息是在同一個持久連接上發起，實時性優勢明顯。
接下來我看下websocket如何實現客戶端與服務端雙向通信：
- // websocket.html
- <div id="clock"></div>
- <script>
- let clockDiv = document.getElementById('clock')
- let socket = new WebSocket('ws://localhost:9999')
- //當連接成功之后就會執行回調函數
- socket.onopen = function() {
- console.log('客戶端連接成功')
- //再向服務 器發送一個消息
- socket.send('hello') //客戶端發的消息內容 為hello
- }
- //綁定事件是用加屬性的方式
- socket.onmessage = function(event) {
- clockDiv.innerHTML = event.data
- console.log('收到服務器端的響應', event.data)
- }
- </script>
- // websocket.js
- let express = require('express')
- let app = express()
- app.use(express.static(__dirname))
- //http服務器
- app.listen(3000)
- let WebSocketServer = require('ws').Server
- //用ws模塊啟動一個websocket服務器,監聽了9999端口
- let wsServer = new WebSocketServer({ port: 9999 })
- //監聽客戶端的連接請求 當客戶端連接服務器的時候，就會觸發connection事件
- //socket代表一個客戶端,不是所有客戶端共享的，而是每個客戶端都有一個socket
- wsServer.on('connection', function(socket) {
- //每一個socket都有一個***的ID屬性
- console.log(socket)
- console.log('客戶端連接成功')
- //監聽對方發過來的消息
- socket.on('message', function(message) {
- console.log('接收到客戶端的消息', message)
- socket.send('服務器回應:' + message)
- })
- })
啟動本地服務，打開http://localhost:3000/websocket.html,得到如下結果：
三、Web 實時推送技術的比較
綜上所述：Websocket協議不僅解決了HTTP協議中服務端的被動性，即通信只能由客戶端發起，也解決了數據同步有延遲的問題，同時還帶來了明顯的性能優勢，所以websocket 是Web 實時推送技術的比較理想的方案，但如果要兼容低版本瀏覽器，可以考慮用輪詢來實現。
