服务器有新消息主动推送给客户端浏览器

前言

通常情况下，无论是web浏览器还是移动app，我们与服务器之间的交互都是主动的，客户端向服务器端发出请求，然后服务器端返回数据给客户端，客户端浏览器再将信息呈现，客户端与服务端对应的模式是: 客户端请求--服务端响应，这种机制对于信息变化不是特别频繁的应用尚可，但对于实时要求高、海量并发的应用来说显得捉襟见肘，尤其在当前业界移动互联网蓬勃发展的趋势下，高并发与用户实时响应是 Web 应用经常面临的问题，比如金融证券的实时信息，Web 导航应用中的地理位置获取，社交网络的实时消息推送，新闻的订阅,天气的提醒等。这些情况下，需要服务器主动推送消息给客户端。

那么在这样的模式下,会有几个问题需要我们思考下:

1.应用服务器如何确定每一个应用所在的设备

2.服务器端是如何将消息推送到客户端的，客户端又不像服务器有一个固定的地址

带着这些疑问我们来研究一下目前有哪些技术可以解决该问题：

一、Ajax轮询

所谓的Ajax轮询，其实就是定时的通过Ajax查询服务端，客户端按规定时间定时像服务端发送ajax请求，服务器接到请求后马上返回响应信息并关闭连接。

这种技术方式实现起来非常简单，但是这种方式会有非常严重的问题，就是需要不断的向服务器发送消息询问，这种方式会对服务器造成极大的性能浪费。

还有一个类似的轮询是使用JSONP跨域请求的方式轮询，在实现起来有差别，但基本原理都是相同的，都是客户端不断的向服务器发起请求。

优点

实现简单。

缺点

这是通过模拟服务器发起的通信，不是实时通信，不顾及应用的状态改变而盲目检查更新，导致服务器资源的浪费，且会加重网络负载，拖累服务器。

二、Comet

Comet，基于 HTTP 长连接的 "服务器推" 技术，能使服务器端主动以异步的方式向客户端程序推送数据，而不需要客户端显式的发出请求，目前有两种实现方式：

1. 基于 AJAX 的长轮询（long-polling）方式

Ajax 的出现使得 JavaScript 可以调用 XMLHttpRequest 对象发出 HTTP 请求，JavaScript 响应处理函数根据服务器返回的信息对 HTML 页面的显示进行更新。使用 AJAX 实现 "服务器推" 与传统的 AJAX 应用不同之处在于：

服务器端会阻塞请求直到有数据传递或超时才返回。
客户端 JavaScript 响应处理函数会在处理完服务器返回的信息后，再次发出请求，重新建立连接。
当客户端处理接收的数据、重新建立连接时，服务器端可能有新的数据到达；这些信息会被服务器端保存直到客户端重新建立连接，客户端会一次把当前服务器端所有的信息取回。

基于长轮询的服务器推模型

相对于"轮询"（poll），这种长轮询方式也可以称为"拉"（pull）。因为这种方案基于 AJAX，具有以下一些优点：请求异步发出；无须安装插件；IE、Mozilla FireFox 都支持 AJAX。

长轮询 (long polling) 是在打开一条连接以后保持并等待服务器推送来数据再关闭，可以采用HTTP长轮询和XHR长轮询两种方式:

(1). HTTP 和JSONP方式的长轮询

把 script 标签附加到页面上以让脚本执行。服务器会挂起连接直到有事件发生，接着把脚本内容发送回浏览器，然后重新打开另一个 script 标签来获取下一个事件，从而实现长轮询的模型。

(2).XHR长轮询

这种方式是使用比较多的长轮询模式。

客户端打开一个到服务器端的 AJAX 请求然后等待响应；服务器端需要一些特定的功能来允许请求被挂起，只要一有事件发生，服务器端就会在挂起的请求中送回响应并关闭该请求。客户端 JavaScript 响应处理函数会在处理完服务器返回的信息后，再次发出请求，重新建立连接；如此循环。

现在浏览器已经支持CROS的跨域方式请求，因此HTTP和JSONP的长轮询方式是慢慢被淘汰的一种技术，建议采用XHR长轮询。

优点

客户端很容易实现良好的错误处理系统和超时管理，实现成本与Ajax轮询的方式类似。

缺点

需要服务器端有特殊的功能来临时挂起连接。当客户端发起的连接较多时，服务器端会长期保持多个连接，具有一定的风险。

>>在这里简单的说明下长轮询，长连接的概念

轮询：客户端定时向服务器发送Ajax请求，服务器接到请求后马上返回响应信息并关闭连接。优点：后端程序编写比较容易。
缺点：请求中有大半是无用，浪费带宽和服务器资源。
实例：适于小型应用。

长轮询：客户端向服务器发送Ajax请求，服务器接到请求后hold住连接，直到有新消息才返回响应信息并关闭连接，客户端处理完响应信息后再向服务器发送新的请求。
优点：在无消息的情况下不会频繁的请求。
缺点：服务器hold连接会消耗资源。
实例：WebQQ、Hi网页版、Facebook IM。

另外，对于长连接和socket连接也有区分：

长连接：在页面里嵌入一个隐蔵iframe，将这个隐蔵iframe的src属性设为对一个长连接的请求，服务器端就能源源不断地往客户端输入数据。
优点：消息即时到达，不发无用请求。
缺点：服务器维护一个长连接会增加开销。
实例：Gmail聊天

Flash Socket：在页面中内嵌入一个使用了Socket类的 Flash 程序JavaScript通过调用此Flash程序提供的Socket接口与服务器端的Socket接口进行通信，JavaScript在收到服务器端传送的信息后控制页面的显示。
优点：实现真正的即时通信，而不是伪即时。
缺点：客户端必须安装Flash插件；非HTTP协议，无法自动穿越防火墙。
实例：网络互动游戏。

2. 基于 Iframe 及 htmlfile 的流（streaming）方式

iframe 是很早就存在的一种 HTML 标记，通过在 HTML 页面里嵌入一个隐蔵帧，然后将这个隐蔵帧的 SRC 属性设为对一个长连接的请求，服务器端就能源源不断地往客户端输入数据。

基于流方式的服务器推模型

Comet的优缺点

优点：实时性好（消息延时小）；性能好（能支持大量用户）
缺点：长期占用连接，丧失了无状态高并发的特点。

Comet实现框架

1. Dojo CometD —— http://cometdproject.dojotoolkit.org/

2. DWR —— http://directwebremoting.org/dwr/index.html

3. ICEfaces —— http://www.icefaces.org/main/home/

4. GlassFish Grizzly —— https://grizzly.dev.java.net/

CometD 目前实现 Comet 比较成熟， DWR 弱一些。 ICEfaces 更商业化，实现得很成熟。 Grizzly 是基于GlassFish ，也很成熟。CometD, DWR 开源性好。

Comet实现要点

不要在同一客户端同时使用超过两个的 HTTP 长连接

我们使用 IE 下载文件时会有这样的体验，从同一个 Web 服务器下载文件，最多只能有两个文件同时被下载。第三个文件的下载会被阻塞，直到前面下载的文件下载完毕。这是因为 HTTP 1.1 规范中规定，客户端不应该与服务器端建立超过两个的 HTTP 连接，新的连接会被阻塞。而 IE 在实现中严格遵守了这种规定。

HTTP 1.1 对两个长连接的限制，会对使用了长连接的 Web 应用带来如下现象：在客户端如果打开超过两个的 IE 窗口去访问同一个使用了长连接的 Web 服务器，第三个 IE 窗口的 HTTP 请求被前两个窗口的长连接阻塞。

所以在开发长连接的应用时，必须注意在使用了多个 frame 的页面中，不要为每个 frame 的页面都建立一个 HTTP 长连接，这样会阻塞其它的 HTTP 请求，在设计上考虑让多个 frame 的更新共用一个长连接。

服务器端的性能和可扩展性

一般 Web 服务器会为每个连接创建一个线程，如果在大型的商业应用中使用 Comet，服务器端需要维护大量并发的长连接。在这种应用背景下，服务器端需要考虑负载均衡和集群技术；或是在服务器端为长连接作一些改进。

应用和技术的发展总是带来新的需求，从而推动新技术的发展。HTTP 1.1 与 1.0 规范有一个很大的不同：1.0 规范下服务器在处理完每个 Get/Post 请求后会关闭套接口连接；而 1.1 规范下服务器会保持这个连接，在处理两个请求的间隔时间里，这个连接处于空闲状态。 Java 1.4 引入了支持异步 IO 的 java.nio 包。当连接处于空闲时，为这个连接分配的线程资源会返还到线程池，可以供新的连接使用；当原来处于空闲的连接的客户发出新的请求，会从线程池里分配一个线程资源处理这个请求。这种技术在连接处于空闲的机率较高、并发连接数目很多的场景下对于降低服务器的资源负载非常有效。

但是 AJAX 的应用使请求的出现变得频繁，而 Comet 则会长时间占用一个连接，上述的服务器模型在新的应用背景下会变得非常低效，线程池里有限的线程数甚至可能会阻塞新的连接。Jetty 6 Web 服务器针对 AJAX、Comet 应用的特点进行了很多创新的改进。

控制信息与数据信息使用不同的 HTTP 连接

使用长连接时，存在一个很常见的场景：客户端网页需要关闭，而服务器端还处在读取数据的堵塞状态，客户端需要及时通知服务器端关闭数据连接。服务器在收到关闭请求后首先要从读取数据的阻塞状态唤醒，然后释放为这个客户端分配的资源，再关闭连接。

所以在设计上，我们需要使客户端的控制请求和数据请求使用不同的 HTTP 连接，才能使控制请求不会被阻塞。

在实现上，如果是基于 iframe 流方式的长连接，客户端页面需要使用两个 iframe，一个是控制帧，用于往服务器端发送控制请求，控制请求能很快收到响应，不会被堵塞；一个是显示帧，用于往服务器端发送长连接请求。如果是基于 AJAX 的长轮询方式，客户端可以异步地发出一个 XMLHttpRequest 请求，通知服务器端关闭数据连接。

在客户和服务器之间保持“心跳”信息

在浏览器与服务器之间维持一个长连接会为通信带来一些不确定性：因为数据传输是随机的，客户端不知道何时服务器才有数据传送。服务器端需要确保当客户端不再工作时，释放为这个客户端分配的资源，防止内存泄漏。因此需要一种机制使双方知道大家都在正常运行。在实现上：

服务器端在阻塞读时会设置一个时限，超时后阻塞读调用会返回，同时发给客户端没有新数据到达的心跳信息。此时如果客户端已经关闭，服务器往通道写数据会出现异常，服务器端就会及时释放为这个客户端分配的资源。
如果客户端使用的是基于 AJAX 的长轮询方式；服务器端返回数据、关闭连接后，经过某个时限没有收到客户端的再次请求，会认为客户端不能正常工作，会释放为这个客户端分配、维护的资源。
当服务器处理信息出现异常情况，需要发送错误信息通知客户端，同时释放资源、关闭连接。

三，websocket方式

WebSocket是HTML5开始提供的一种在单个 TCP 连接上进行全双工通讯的协议。WebSocket通讯协议于2011年被IETF定为标准RFC 6455，WebSocketAPI被W3C定为标准。在WebSocket API中，浏览器和服务器只需要做一个握手的动作，然后，浏览器和服务器之间就形成了一条快速通道。两者之间就直接可以数据互相传送。

由于websocket技术要说明白的话所需要的篇幅不小，所以会在之后的单独文章中介绍下websocket的使用方式，这里就不做详细的说明了。

总结

根据以上技术的优缺点和具体业务需要，可以选择合适的技术进行应用。

♥ 作者：明志健致远
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