Ajax的原理和應用

在寫這篇文章之前，曾經寫過一篇關於AJAX技術的隨筆，不過涉及到的方面很窄，對AJAX技術的背景、原理、優缺點等各個方面都很少涉及null。這次寫這篇文章的背景是因為公司需要對內部程式設計師做一個培訓。專案經理找到了我，並且徵詢我培訓的主題，考慮到之前Javascript、CSS等WEB開發技術都已經講解過了，所以決定針對AJAX這一塊做一個比較系統的培訓，所以這篇文章實際上是一個培訓的材料。

       在這篇文章中，我將從10個方面來對AJAX技術進行系統的講解。

 

1、ajax技術的背景

 

      不可否認，ajax技術的流行得益於google的大力推廣，正是由於google earth、google suggest以及gmail等對ajax技術的廣泛應用，催生了ajax的流行。而這也讓微軟感到無比的尷尬，因為早在97年，微軟便已經發明瞭ajax中的關鍵技術，並且在99年IE5推出之時，它便開始支援XmlHttpRequest物件，並且微軟之前已經開始在它的一些產品中應用ajax，比如說MSDN網站選單中的一些應用。遺憾的是，不知道出於什麼想法，當時微軟發明了ajax的核心技術之後，並沒有看到它的潛力而加以發展和推廣，而是將它擱置起來。對於這一點來說，我個人是覺得非常奇怪的，因為以微軟的資源和它的戰略眼光來說，應該不會看不到ajax技術的前景，唯一的解釋也許就是因為當時它的主要競爭對手Netscape的消失反而使它變得麻痺和遲鈍，畢竟巨人也有打盹的時候，比如IBM曾經在對微軟戰略上的失誤。正是這一次的失誤，成就了它現在的競爭對手google在ajax方面的領先地位，而事實上google目前在ajax技術方面的領先是微軟所無法達到的，這一點在後面我講述ajax缺陷的時候也會提到。現在微軟也意識到了這個問題，因此它也開始在ajax領域奮起直追，比如說推出它自己的ajax框架atlas，並且在.NET2.0也提供了一個用來實現非同步回撥的介面，即ICallBack介面。那麼微軟為什麼對自己在ajax方面的落後如此緊張呢？現在就讓我們來分析一下ajax技術後面隱藏的深刻意義。

 

2、ajax技術的意義

 

     我們在平時的開發中都多多少少的接觸或者應用到了ajax，談到ajax技術的意義，我們關注得最多的毫無疑問是提升使用者的體驗。但是，如果我們結合將來電腦和網際網路的發展趨勢，我們會發現ajax技術在某些方面正好代表了這種趨勢。為什麼這樣說呢？我們知道，自從電腦出現以來，一直是桌面軟體佔據著絕對主導的地位，但是網際網路的出現和成功使這一切開始發生著微妙的變化。相當一部分的人都相信，遲早有一天，資料和電腦軟體將會從桌面轉移到網際網路。也就是說，將來的電腦有可能拋棄笨重的硬碟，而直接從網際網路來獲取資料和服務，我記得我念大學的時候，有位教授給我們上課的時候，曾經設想過這樣一種情景，也許在將來的電腦桌面上，沒有任何多餘的軟體和程式，而僅僅只有一個IE，雖然現在看起來我們距離這一天還很遙遠，並且這其中還有很多的問題需要解決，但是我覺得這個並非夢想，而是遲早將實現的現實。那麼，這其中的主要問題就是網際網路的連線不穩定，誰也不願意看著自己的電腦從伺服器一點一滴的下載資料，那麼，ajax是不是解決了這個問題呢，說實話，與其說ajax解決了這個問題，倒不如它只是掩蓋了這個問題，它只是在伺服器和客戶端之間充當了一個緩衝器，讓使用者誤以為服務沒有中斷。精確的說，ajax並不能提高從伺服器端下載資料的速度，而只是使這個等待不那麼令人沮喪。但是正是這一點就足以產生巨大的影響和震動，它實際上也對桌面軟體產生了巨大的衝擊。這一點我用一個例子來說明，我們可以比較一下Outlook Express和Gmail，前者是典型的桌面軟體，後者是ajax所實現的B/S模式，實際上後者目前已經在慢慢取代前者了，Gmail在收發郵件的時候已經和Outlook Express的功能幾乎沒有差別了，而且它不需要安裝客戶端程式。這就是為什麼微軟對ajax所帶來的衝擊有著如此的恐懼心理，並且在它前不久所進行的調查之中，將google看做他們未來十年內的主要競爭對手的主要原因之一。當然，這種變化也並不會將桌面軟體全部淘汰，現有的瀏覽器還沒有一個能像PhotoShop等桌面程式那樣處理複雜的影像。但是我們也不能忽視它帶來的影響和衝擊。

 

3、關於ajax的名字

    ajax 的全稱是Asynchronous JavaScript. and XML，其中，Asynchronous 是非同步的意思，它有別於傳統web開發中採用的同步的方式。

4、關於同步和非同步

 

非同步傳輸是面向字元的傳輸，它的單位是字元；而同步傳輸是面向位元的傳輸，它的單位是楨，它傳輸的時候要求接受方和傳送方的時鐘是保持一致的。

具體來說，非同步傳輸是將位元分成小組來進行傳送。一般每個小組是一個8位字元，在每個小組的頭部和尾部都有一個開始位和一個停止位，它在傳送過程中接收方和傳送方的時鐘不要求一致，也就是說，傳送方可以在任何時刻傳送這些小組，而接收方並不知道它什麼時候到達。一個最明顯的例子就是計算機鍵盤和主機的通訊，按下一個鍵的同時向主機傳送一個8位元位的ASCII程式碼，鍵盤可以在任何時刻傳送程式碼，這取決於使用者的輸入速度，內部的硬體必須能夠在任何時刻接收一個鍵入的字元。這是一個典型的非同步傳輸過程。非同步傳輸存在一個潛在的問題，即接收方並不知道資料會在什麼時候到達。在它檢測到資料並做出響應之前，第一個位元已經過去了。這就像有人出乎意料地從後面走上來跟你說話，而你沒來得及反應過來，漏掉了最前面的幾個詞。因此，每次非同步傳輸的資訊都以一個起始位開頭，它通知接收方資料已經到達了，這就給了接收方響應、接收和快取資料位元的時間；在傳輸結束時，一個停止位表示該次傳輸資訊的終止。按照慣例，空閒（沒有傳送資料）的線路實際攜帶著一個代表二進位制1的訊號。步傳輸的開始位使訊號變成0，其他的位元位使訊號隨傳輸的資料資訊而變化。最後，停止位使訊號重新變回1，該訊號一直保持到下一個開始位到達。例如在鍵盤上數字“1”，按照8位元位的擴充套件ASCII編碼，將傳送“00110001”，同時需要在8位元位的前面加一個起始位，後面一個停止位。

同步傳輸的位元分組要大得多。它不是獨立地傳送每個字元，每個字元都有自己的開始位和停止位，而是把它們組合起來一起傳送。我們將這些組合稱為資料幀，或簡稱為幀。

　　資料幀的第一部分包含一組同步字元，它是一個獨特的位元組合，類似於前面提到的起始位，用於通知接收方一個幀已經到達，但它同時還能確保接收方的取樣速度和位元的到達速度保持一致，使收發雙方進入同步。

　　幀的最後一部分是一個幀結束標記。與同步字元一樣，它也是一個獨特的位元串，類似於前面提到的停止位，用於表示在下一幀開始之前沒有別的即將到達的資料了。

　　同步傳輸通常要比非同步傳輸快速得多。接收方不必對每個字元進行開始和停止的操作。一旦檢測到幀同步字元，它就在接下來的資料到達時接收它們。另外，同步傳輸的開銷也比較少。例如，一個典型的幀可能有500位元組（即4000位元）的資料，其中可能只包含100位元的開銷。這時，增加的位元位使傳輸的位元總數增加2.5%，這與非同步傳輸中25 %的增值要小得多。隨著資料幀中實際資料位元位的增加，開銷位元所佔的百分比將相應地減少。但是，資料位元位越長，快取資料所需要的緩衝區也越大，這就限制了一個幀的大小。另外，幀越大，它佔據傳輸媒體的連續時間也越長。在極端的情況下，這將導致其他使用者等得太久。

        瞭解了同步和非同步的概念之後，大家應該對ajax為什麼可以提升使用者體驗應該比較清晰了，它是利用非同步請求方式的。打個比方，如果現在你家裡所在的小區因某種情況而面臨停水，現在有關部門公佈了兩種方案，一是完全停水8個小時，在這8個小時內完全停水，8個小時後恢復正常。二是不完全停水10 個小時，在這10個小時內水沒有完全斷，只是流量比原來小了很多，在10個小時後恢復正常流量，那麼，如果是你你會選擇哪種方式呢？顯然是後者。

5、ajax所包含的技術

    大家都知道ajax並非一種新的技術，而是幾種原有技術的結合體。它由下列技術組合而成。

   1.使用CSS和XHTML來表示。

   2. 使用DOM模型來互動和動態顯示。

   3.使用XMLHttpRequest來和伺服器進行非同步通訊。

   4.使用javascript來繫結和呼叫。

在上面幾中技術中，除了XmlHttpRequest物件以外，其它所有的技術都是基於web標準並且已經得到了廣泛使用的，XMLHttpRequest雖然目前還沒有被W3C所採納，但是它已經是一個事實的標準，因為目前幾乎所有的主流瀏覽器都支援它。

 

6、ajax原理和XmlHttpRequest物件

 

  Ajax的原理簡單來說通過XmlHttpRequest物件來向伺服器發非同步請求，從伺服器獲得資料，然後用javascript來操作DOM而更新頁面。這其中最關鍵的一步就是從伺服器獲得請求資料。要清楚這個過程和原理，我們必須對 XMLHttpRequest有所瞭解。

XMLHttpRequest是ajax的核心機制，它是在IE5中首先引入的，是一種支援非同步請求的技術。簡單的說，也就是javascript可以及時向伺服器提出請求和處理響應，而不阻塞使用者。達到無重新整理的效果。

  所以我們先從XMLHttpRequest講起，來看看它的工作原理。

  首先，我們先來看看XMLHttpRequest這個物件的屬性。

  它的屬性有：

  onreadystatechange  每次狀態改變所觸發事件的事件處理程式。

  responseText     從伺服器程式返回資料的字串形式。

  responseXML    從伺服器程式返回的DOM相容的文件資料物件。

  status           從伺服器返回的數字程式碼，比如常見的404（未找到）和200（已就緒）

  status Text       伴隨狀態碼的字串資訊

  readyState       物件狀態值

0 (未初始化) 物件已建立，但是尚未初始化（尚未呼叫open方法）

1 (初始化) 物件已建立，尚未呼叫send方法

2 (傳送資料) send方法已呼叫，但是當前的狀態及http頭未知

3 (資料傳送中) 已接收部分資料，因為響應及http頭不全，這時通過responseBody和responseText獲取部分資料會出現錯誤，

4 (完成) 資料接收完畢,此時可以通過通過responseXml和responseText獲取完整的回應資料

 

  但是，由於各瀏覽器之間存在差異，所以建立一個XMLHttpRequest物件可能需要不同的方法。這個差異主要體現在IE和其它瀏覽器之間。下面是一個比較標準的建立XMLHttpRequest物件的方法。

 

   function CreateXmlHttp()

   {

  

   //非IE瀏覽器建立XmlHttpRequest物件

    if(window.XmlHttpRequest)

    {

     xmlhttp=new XmlHttpRequest();

    }

    //IE瀏覽器建立XmlHttpRequest物件

     if(window.ActiveXObject)

    {

    try

    {

     xmlhttp=new ActiveXObject("Microsoft.XMLHTTP");    

    }

    catch(e)

    {

    try{

     xmlhttp=new ActiveXObject("msxml2.XMLHTTP");

     }

     catch(ex){}

    }

    }

   } 

function Ustbwuyi()

   {

    var data=document.getElementById("username").value;  

        CreateXmlHttp();

        if(!xmlhttp)

        {

         alert("建立xmlhttp物件異常！");

         return false;

        }      

        xmlhttp.open("POST",url,false);

        xmlhttp.onreadystatechange=function()

        {  

         if(xmlhttp.readyState==4)

           {

           document.getElementById("user1").innerHTML="資料正在載入...";

             if(xmlhttp.status==200)

             {

              document.write(xmlhttp.responseText);

             }     

           }

         }

        xmlhttp.send();

  

   }

如上所示，函式首先檢查XMLHttpRequest的整體狀態並且保證它已經完成（readyStatus=4），即資料已經傳送完畢。然後根據伺服器的設定詢問請求狀態，如果一切已經就緒（status=200），那麼就執行下面需要的操作。

對於XmlHttpRequest的兩個方法，open和send，其中open方法指定了：

a、向伺服器提交資料的型別，即post還是get。

b、請求的url地址和傳遞的引數。

c、傳輸方式，false為同步，true為非同步。預設為true。如果是非同步通訊方式(true)，客戶機就不等待伺服器的響應；如果是同步方式(false)，客戶機就要等到伺服器返回訊息後才去執行其他操作。我們需要根據實際需要來指定同步方式，在某些頁面中，可能會發出多個請求，甚至是有組織有計劃有隊形大規模的高強度的request，而後一個是會覆蓋前一個的，這個時候當然要指定同步方式。

    Send方法用來傳送請求。

 

  知道了XMLHttpRequest的工作流程，我們可以看出，XMLHttpRequest是完全用來向伺服器發出一個請求的，它的作用也侷限於此，但它的作用是整個ajax實現的關鍵，因為ajax無非是兩個過程，發出請求和響應請求。並且它完全是一種客戶端的技術。而XMLHttpRequest正是處理了伺服器端和客戶端通訊的問題所以才會如此的重要。

  現在，我們對ajax的原理大概可以有一個瞭解了。我們可以把伺服器端看成一個資料介面，它返回的是一個純文字流，當然，這個文字流可以是XML格式，可以是Html，可以是Javascript程式碼，也可以只是一個字串。這時候，XMLHttpRequest向伺服器端請求這個頁面，伺服器端將文字的結果寫入頁面，這和普通的web開發流程是一樣的，不同的是，客戶端在非同步獲取這個結果後，不是直接顯示在頁面，而是先由javascript來處理，然後再顯示在頁面。至於現在流行的很多ajax控制元件，比如magicajax等，可以返回DataSet等其它資料型別，只是將這個過程封裝了的結果，本質上他們並沒有什麼太大的區別。

 

 

7、ajax的優點

   Ajax的給我們帶來的好處大家基本上都深有體會，在這裡我只簡單的講幾點：

   1、最大的一點是頁面無重新整理，在頁面內與伺服器通訊，給使用者的體驗非常好。

　 2、使用非同步方式與伺服器通訊，不需要打斷使用者的操作，具有更加迅速的響應能力。

　 3、可以把以前一些伺服器負擔的工作轉嫁到客戶端，利用客戶端閒置的能力來處理，減輕伺服器和頻寬的負擔，節約空間和寬頻租用成本。並且減輕伺服器的負擔，ajax的原則是“按需取資料”，可以最大程度的減少冗餘請求，和響應對伺服器造成的負擔。

  4、基於標準化的並被廣泛支援的技術，不需要下載外掛或者小程式。

8、ajax的缺點

  下面我著重講一講ajax的缺陷，因為平時我們大多注意的都是ajax給我們所帶來的好處諸如使用者體驗的提升。而對ajax所帶來的缺陷有所忽視。

  下面所闡述的ajax的缺陷都是它先天所產生的。

   1、ajax幹掉了back按鈕，即對瀏覽器後退機制的破壞。後退按鈕是一個標準的web站點的重要功能，但是它沒法和js進行很好的合作。這是ajax所帶來的一個比較嚴重的問題，因為使用者往往是希望能夠通過後退來取消前一次操作的。那麼對於這個問題有沒有辦法？答案是肯定的，用過Gmail的知道，Gmail下面採用的ajax技術解決了這個問題，在Gmail下面是可以後退的，但是，它也並不能改變ajax的機制，它只是採用的一個比較笨但是有效的辦法，即使用者單擊後退按鈕訪問歷史記錄時，通過建立或使用一個隱藏的IFRAME來重現頁面上的變更。（例如，當使用者在Google Maps中單擊後退時，它在一個隱藏的IFRAME中進行搜尋，然後將搜尋結果反映到Ajax元素上，以便將應用程式狀態恢復到當時的狀態。）

但是，雖然說這個問題是可以解決的，但是它所帶來的開發成本是非常高的，和ajax框架所要求的快速開發是相背離的。這是ajax所帶來的一個非常嚴重的問題。

 2、安全問題

技術同時也對IT企業帶來了新的安全威脅，ajax技術就如同對企業資料建立了一個直接通道。這使得開發者在不經意間會暴露比以前更多的資料和伺服器邏輯。ajax的邏輯可以對客戶端的安全掃描技術隱藏起來，允許黑客從遠端伺服器上建立新的攻擊。還有ajax也難以避免一些已知的安全弱點，諸如跨站點腳步攻擊、SQL注入攻擊和基於credentials的安全漏洞等。

  3、對搜尋引擎的支援比較弱。

  4、破壞了程式的異常機制。至少從目前看來，像ajax.dll，ajaxpro.dll這些ajax框架是會破壞程式的異常機制的。關於這個問題，我曾經在開發過程中遇到過，但是查了一下網上幾乎沒有相關的介紹。後來我自己做了一次試驗，分別採用ajax和傳統的form提交的模式來刪除一條資料……給我們的除錯帶來了很大的困難。

 5、另外，像其他方面的一些問題，比如說違背了url和資源定位的初衷。例如，我給你一個url地址，如果採用了ajax技術，也許你在該url地址下面看到的和我在這個url地址下看到的內容是不同的。這個和資源定位的初衷是相背離的。

 6、一些手持裝置（如手機、PDA等）現在還不能很好的支援ajax，比如說我們在手機的瀏覽器上開啟採用ajax技術的網站時，它目前是不支援的，當然，這個問題和我們沒太多關係。

 

 

9、ajax的幾種框架

 

 目前我們採用的比較多的ajax框架主要有ajax.dll,ajaxpro.dll,magicajax.dll 以及微軟的atlas框架。Ajax.dll和Ajaxpro.dll這兩個框架差別不大，而magicajax.dll只是封裝得更厲害一些，比如說它可以直接返回DataSet資料集，前面我們已經說過，ajax返回的都是字串，magicajax只是對它進行了封裝而已。但是它的這個特點可以給我們帶來很大的方便，比如說我們的頁面有一個列表，而列表的資料是不斷變化的，那麼我們可以採用magicajax來處理，操作很簡單，新增magicajax之後，將要更新的列表控制元件放在magicajax的控制元件之內，然後在pageload裡面定義更新間隔的時間就ok了，atlas的原理和magicajax差不多。但是，需要注意的一個問題是，這幾種框架都只支援IE，沒有進行瀏覽器相容方面的處理，用反編譯工具察看他們的程式碼就可以知道。

 除了這幾種框架之外，我們平時用到的比較多的方式是自己建立xmlHttpRequest物件，這種方式和前面的幾種框架相比更具有靈活性。另外，在這裡還提一下aspnet2.0自帶的非同步回撥介面，它和ajax一樣也可以實現區域性的無重新整理，但它的實現實際上也是基於xmlhttprequest物件的，另外也是隻支援IE，當然這是微軟的一個競爭策略。

 

10、ajax示例

驗證使用者名稱是否註冊。

採用兩種方式

1 ajax.dll

2 自己寫xmlhttprequest物件

 

10.ajax中常見到的一些錯誤

 1 配置的問題

 

在pageload裡面配置該頁面的時候

 

11

在後臺呼叫的方法裡呼叫了前臺的部分

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