服务端和客户端单双工通信方案

醉寻す流逝の岁月

轮询

短轮询

普通的轮询。指在特定的的时间间隔(如每1秒,影响实时性与性能),由浏览器对服务器发出HTTP 请求,然后由服务器返回最新的数据给客户端的浏览器。

长轮询

当服务器收到客户端发来的请求后,服务器端不会直接进行响应,而是先将这个请求挂起,然后判断服务器端数据是否有更新。如果有更新,则进行响应,如果一直没有数据,直到超时(服务端设置)才返回。客户端响应处理完服务器返回的信息后,再次发出请求,重新建立连接。

1)相同点:当服务器的数据不可达时,基于http长轮询和短轮询 的请求,都会停留一段时间;
2)不同点:http长轮询是在服务器端的停留,而http 短轮询是在 浏览器端的停留;
3)性能总结:不管是长轮询还是短轮询,造成服务器资源浪费。

服务器发送事件(Server-Sent Event)

服务器发送事件(以下简称SSE)是HTML 5规范的一个组成部分,可以实现服务器到客户端的单向数据通信。通过SSE,客户端可以自动获取数据更新,而不用重复发送HTTP请求。一旦连接建立,“事件”便会自动被推送到客户端。服务器端SSE通过“事件流(Event Stream)”的格式产生并推送事件。事件流对应的MIME类型为“text/event-stream”,而且其基于HTTP长连接。

SSE规范:https://html.spec.whatwg.org/...

原理:

SSE本质是发送的不是一次性的数据包,而是一个数据流。可以使用 HTTP 301 和 307 重定向与正常的 HTTP 请求一样。服务端连续不断的发送,客户端不会关闭连接,如果连接断开,浏览器会尝试重新连接。如果连接被关闭,客户端可以被告知使用 HTTP 204 无内容响应代码停止重新连接。

特点

  • SSE 使用 HTTP 协议,现有的服务器软件都支持。WebSocket 是一个独立协议。
  • SSE 属于轻量级,使用简单;WebSocket 协议相对复杂。
  • SSE 默认支持断线重连,WebSocket 需要自己实现。
  • SSE 一般只用来传送文本,二进制数据需要编码后传送,WebSocket 默认支持传送二进制数据。
  • SSE 支持自定义发送的消息类型。

客户端API

EventSource对象

SSE 的客户端 API 部署在EventSource对象上。
使用 SSE 时,浏览器首先生成一个EventSource实例,向服务器发起连接。

var source = new EventSource(url);

上面的url可以与当前网址同域,也可以跨域。跨域时,可以指定第二个参数,打开withCredentials属性,表示是否一起发送 Cookie。

var source = new EventSource(url, { withCredentials: true });

readyState

表明连接的当前状态。该属性只读,可以取以下值。

  • 0:相当于常量EventSource.CONNECTING,表示连接还未建立,或者断线正在重连。
  • 1:相当于常量EventSource.OPEN,表示连接已经建立,可以接受数据。
  • 2:相当于常量EventSource.CLOSED,表示连接已断,且不会重连。

事件

1、onopen
连接一旦建立,就会触发open事件,可以在onopen属性定义回调函数。

source.onopen = function (event) {
  // ...
};

// 另一种写法
source.addEventListener('open', function (event) {
  // ...
}, false);

2、onmessage
客户端收到服务器发来的数据,就会触发message事件,可以在onmessage属性的回调函数。

source.onmessage = function (event) {
  var data = event.data;
  // handle message
};

事件对象的data属性就是服务器端传回的数据(文本格式)。

3、onerror
如果发生通信错误(比如连接中断),就会触发error事件,可以在onerror属性定义回调函数。

source.addEventListener('error', function (event) {
  // handle error event
}, false);

4、close
close方法用于关闭 SSE 连接。

source.close();

默认情况下,服务器发来的数据,总是触发浏览器EventSource实例的message事件。开发者还可以自定义 SSE 事件,这种情况下,发送回来的数据不会触发message事件。

5、自定义事件

source.addEventListener('foo', function (event) {
  var data = event.data;
  // handle message
}, false);

服务端实现

数据格式

服务器向浏览器发送的 SSE 数据,必须是 UTF-8 编码的文本,具有如下的 HTTP 头信息。

Content-Type: text/event-stream
Cache-Control: no-cache
Connection: keep-alive

每一次发送的信息,由若干个message组成,每个message之间用nn分隔。每个message内部由若干行组成,每一行都是如下格式。

[field]: valuen

上面的field可以取四个值。

*   data
*   event
*   id
*   retry

data

数据内容用data字段表示。如果数据很长,可以分成多行,最后一行用\n\n结尾,否则不会触发,前面行都用\n结尾。

下面是一个发送 JSON 数据的例子。

data: {\n
data: "foo": "bar",\n
data: "baz", 555\n
data: }\n\n

id

数据标识符用id字段表示,相当于每一条数据的编号。

浏览器用lastEventId属性读取这个值。一旦连接断线,浏览器会发送一个 HTTP 头,里面包含一个特殊的Last-Event-ID头信息,将这个值发送回来,用来帮助服务器端重建连接。因此,这个头信息可以被视为一种同步机制。

event

event字段表示自定义的事件类型,默认是message事件。浏览器可以用addEventListener()监听该事件。

retry

retry设置当前http连接失败后,重新连接的间隔。EventSource规范规定,客户端在http连接失败后默认进行重新连接,重连间隔为3s,通过设置retry字段可指定重连间隔;

两种情况会导致浏览器重新发起连接:一种是时间间隔到期,二是由于网络错误等原因,导致连接出错。

此外,还可以有冒号开头的行,表示注释。由于EventSource是基于HTTP连接之上的,因此在一段没有数据的时期会出现超时问题。 因此需要服务端做心跳保活。

注释行可以用来防止连接超时,服务器可以定期发送一条消息注释行,以保持连接不断。

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使用场景

  1. erver到Client单向通信,例如更新、上下通知
  2. 只能传输文本
  3. IE不兼容,babel-polyfill中有做兼容处理
  4. SSE 比 Websocket 轻量。当然功能要简单的多。开发便利,实现 SSE 的工作量比 WebSocket 要少得多。
  5. SSE 天然支持断线重连

6.对于需要在客户端与服务器之间频繁通信的多用途 Web 应用程序,显然应该选择 WebSocket。对于希望从服务器向客户端传输异步数据,而不需要响应的应用程序,SSE 更适合一些。

WebSocket

WebSocket 协议在2008年诞生,2011年成为国际标准。所有浏览器都已经支持了。

它的最大特点就是,服务器可以主动向客户端推送信息,客户端也可以主动向服务器发送信息,是真正的双向平等对话,属于服务器推送技术的一种。

image.png

特点

(1)建立在 TCP 协议之上,服务器端的实现比较容易。
(2)与 HTTP 协议有着良好的兼容性。默认端口也是80和443,并且握手阶段采用 HTTP 协议,因此握手时不容易屏蔽,能通过各种 HTTP 代理服务器。
(3)数据格式比较轻量,性能开销小,通信高效。
(4)可以发送文本,也可以发送二进制数据。
(5)没有同源限制,客户端可以与任意服务器通信。
(6)协议标识符是ws(如果加密,则为wss),服务器网址就是 URL。
ws://example.com:80/some/path

image.png

客户端API

WebSocket对象

WebSocket 对象作为一个构造函数,用于新建 WebSocket 实例。

var ws = new WebSocket('ws://localhost:8080');

webSocket.readyState

readyState属性返回实例对象的当前状态,共有四种。

  • CONNECTING:值为0,表示正在连接。
  • OPEN:值为1,表示连接成功,可以通信了。
  • CLOSING:值为2,表示连接正在关闭。
  • CLOSED:值为3,表示连接已经关闭,或者打开连接失败。

onopen

实例对象的onopen属性,用于指定连接成功后的回调函数。

ws.onopen = function () {
  ws.send('Hello Server!');
}

onclose

实例对象的onclose属性,用于指定连接关闭后的回调函数。

onmessage

实例对象的onmessage属性,用于指定收到服务器数据后的回调函数。

注意,服务器数据可能是文本,也可能是二进制数据(blob对象或Arraybuffer对象)。

ws.onmessage = function(event){
  if(typeof event.data === String) {
    console.log("Received data string");
  }

  if(event.data instanceof ArrayBuffer){
    var buffer = event.data;
    console.log("Received arraybuffer");
  }
}

除了动态判断收到的数据类型,也可以使用binaryType属性,显式指定收到的二进制数据类型。

// 收到的是 blob 数据 
ws.binaryType = "blob";
ws.onmessage = function(e) {
  console.log(e.data.size);
};
 // 收到的是 ArrayBuffer 数据 
ws.binaryType = "arraybuffer";
ws.onmessage = function(e) {
  console.log(e.data.byteLength);
};

send()

实例对象的send()方法用于向服务器发送数据。

发送文本的例子。

 ws.send('your message');

发送 Blob 对象的例子。

var file = document
  .querySelector('input[type="file"]')
  .files[0];
ws.send(file);

发送 ArrayBuffer 对象的例子。

var img = canvas_context.getImageData(0, 0, 400, 320);
var binary = new Uint8Array(img.data.length);
for (var i = 0; i < img.data.length; i++) {
  binary[i] = img.data[i];
}
ws.send(binary.buffer);
bufferedAmount

实例对象的bufferedAmount属性,表示还有多少字节的二进制数据没有发送出去。它可以用来判断发送是否结束。

var data = new ArrayBuffer(10000000);
socket.send(data);

if (socket.bufferedAmount === 0) {
 // 发送完毕 } else {
 // 发送还没结束 }

onerror

实例对象的onerror属性,用于指定报错时的回调函数。

服务端的实现

服务端一般需要引库实现,可以查看维基百科的列表https://en.wikipedia.org/wiki...

使用场景

  1. 适用于server到Client双向通信,例如聊天
  2. 只能传输二进制和文本
  3. 主流浏览器都支持

对比

兼容性协议服务器负载客户端负载数据实时性实现复杂度
SSEIE不兼容,使用babel-polyfill进行兼容处理(IE11)HTTP与传统轮询相似,但是占用带宽较少浏览器中原生实现,占用资源很小非实时,默认3秒延迟,延迟可自定义需要服务器配合,客户端、服务端实现更简单
WebSocket主流浏览器都兼容CPU和内存资源不以客户端数量衡量,而是以客户端事件数衡量。与长、短轮询、sse相比,性能最佳。WS同Server-Sent Event。实时需要Socket程序实现和额外端口,客户端实现简单。
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