WEB 實時推送技術的總結

Fundebug發表於2019-03-14
Web

摘要： WEB 開發總有一天會用到這些技術。。

Fundebug經授權轉載，版權歸原作者所有。

前言

隨著 Web 的發展，使用者對於 Web 的實時推送要求也越來越高 ，比如，工業執行監控、Web 線上通訊、即時報價系統、線上遊戲等，都需要將後臺發生的變化主動地、實時地傳送到瀏覽器端，而不需要使用者手動地重新整理頁面。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。

本文完整的原始碼請猛戳Github部落格，紙上得來終覺淺，建議大家動手敲敲程式碼。

一、雙向通訊

HTTP 協議有一個缺陷：通訊只能由客戶端發起。舉例來說，我們想了解今天的天氣，只能是客戶端向伺服器發出請求，伺服器返回查詢結果。HTTP 協議做不到伺服器主動向客戶端推送資訊。這種單向請求的特點，註定瞭如果伺服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，有三種實現雙向通訊的方式：輪詢（polling）、長輪詢（long-polling）和iframe流（streaming）。

1.輪詢（polling）

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輪詢是客戶端和伺服器之間會一直進行連線，每隔一段時間就詢問一次。其缺點也很明顯：連線數會很多，一個接受，一個傳送。而且每次傳送請求都會有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，會導致使用者不能及時接收到更新的資料；輪詢的間隔過短，會導致查詢請求過多，增加伺服器端的負擔
// 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>
複製程式碼
//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);
複製程式碼

啟動本地服務，開啟http://localhost:8080/1.html,得到如下結果：

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2.長輪詢（long-polling）

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長輪詢是對輪詢的改進版，客戶端傳送HTTP給伺服器之後，看有沒有新訊息，如果沒有新訊息，就一直等待。當有新訊息的時候，才會返回給客戶端。在某種程度上減小了網路頻寬和CPU利用率等問題。由於http資料包的頭部資料量往往很大（通常有400多個位元組），但是真正被伺服器需要的資料卻很少（有時只有10個位元組左右），這樣的資料包在網路上週期性的傳輸，難免對網路頻寬是一種浪費。

  • 優點：比 Polling 做了優化，有較好的時效性
  • 缺點：保持連線會消耗資源; 伺服器沒有返回有效資料，程式超時。
// 2.html  服務端程式碼同上
<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>
複製程式碼

3.iframe流（streaming）

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iframe流方式是在頁面中插入一個隱藏的iframe，利用其src屬性在伺服器和客戶端之間建立一條長連線，伺服器向iframe傳輸資料（通常是HTML，內有負責插入資訊的javascript），來實時更新頁面。

  • 優點：訊息能夠實時到達；瀏覽器相容好
  • 缺點：伺服器維護一個長連線會增加開銷；IE、chrome、Firefox會顯示載入沒有完成，圖示會不停旋轉。
// 3.html
<body>
    <div id="clock"></div>
    <iframe src="/clock" style="display:none"></iframe>
</body>
複製程式碼
//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}";//改變父視窗dom元素
       </script>
     `)
  }, 1000)
})
app.listen(8080)
複製程式碼

啟動本地服務，開啟http://localhost:8080/3.html,得到如下結果：

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上述程式碼中，客戶端只請求一次，然而服務端卻是源源不斷向客戶端傳送資料，這樣伺服器維護一個長連線會增加開銷。

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，使用起來並不理想，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訊技術。

二、WebSocket

1.什麼是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援WebSocket技術了，它將TCP的Socket（套接字）應用在了webpage上，從而使通訊雙方建立起一個保持在活動狀態連線通道。

一旦Web伺服器與客戶端之間建立起WebSocket協議的通訊連線，之後所有的通訊都依靠這個專用協議進行。通訊過程中可互相傳送JSON、XML、HTML或圖片等任意格式的資料。由於是建立在HTTP基礎上的協議，因此連線的發起方仍是客戶端，而一旦確立WebSocket通訊連線，不論伺服器還是客戶端，任意一方都可直接向對方傳送報文。

初次接觸 WebSocket 的人，都會問同樣的問題：我們已經有了 HTTP 協議，為什麼還需要另一個協議？

2.HTTP的侷限性

  • HTTP是半雙工協議，也就是說，在同一時刻資料只能單向流動，客戶端向伺服器傳送請求(單向的)，然後伺服器響應請求(單向的)。
  • 伺服器不能主動推送資料給瀏覽器。這就會導致一些高階功能難以實現，諸如聊天室場景就沒法實現。

3.WebSocket的特點

  • 支援雙向通訊，實時性更強
  • 可以傳送文字，也可以傳送二進位制資料
  • 減少通訊量：只要建立起WebSocket連線，就希望一直保持連線狀態。和HTTP相比，不但每次連線時的總開銷減少，而且由於WebSocket的首部資訊很小，通訊量也相應減少了

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相對於傳統的HTTP每次請求-應答都需要客戶端與服務端建立連線的模式，WebSocket是類似Socket的TCP長連線的通訊模式，一旦WebSocket連線建立後，後續資料都以幀序列的形式傳輸。在客戶端斷開WebSocket連線或Server端斷掉連線前，不需要客戶端和服務端重新發起連線請求。在海量併發和客戶端與伺服器互動負載流量大的情況下，極大的節省了網路頻寬資源的消耗，有明顯的效能優勢，且客戶端傳送和接受訊息是在同一個持久連線上發起，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訊：

// websocket.html
<div id="clock"></div>
<script>
let clockDiv = document.getElementById('clock')
let socket = new WebSocket('ws://localhost:9999')
//當連線成功之後就會執行回撥函式
socket.onopen = function() {
  console.log('客戶端連線成功')
  //再向服務 器傳送一個訊息
  socket.send('hello') //客戶端發的訊息內容 為hello
}
//繫結事件是用加屬性的方式
socket.onmessage = function(event) {
  clockDiv.innerHTML = event.data
  console.log('收到伺服器端的響應', event.data)
}
</script>
複製程式碼
// websocket.js
let express = require('express')
let app = express()
app.use(express.static(__dirname))
//http伺服器
app.listen(3000)
let WebSocketServer = require('ws').Server
//用ws模組啟動一個websocket伺服器,監聽了9999埠
let wsServer = new WebSocketServer({ port: 9999 })
//監聽客戶端的連線請求  當客戶端連線伺服器的時候，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都有一個唯一的ID屬性
  console.log(socket)
  console.log('客戶端連線成功')
  //監聽對方發過來的訊息
  socket.on('message', function(message) {
    console.log('接收到客戶端的訊息', message)
    socket.send('伺服器迴應:' + message)
  })
})
複製程式碼

啟動本地服務，開啟http://localhost:3000/websocket.html,得到如下結果：

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三、Web 實時推送技術的比較

WEB 實時推送技術的總結

綜上所述：Websocket協議不僅解決了HTTP協議中服務端的被動性，即通訊只能由客戶端發起，也解決了資料同步有延遲的問題，同時還帶來了明顯的效能優勢，所以websocket 是Web 實時推送技術的比較理想的方案，但如果要相容低版本瀏覽器，可以考慮用輪詢來實現。

參考文章

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