Web端即时通讯技术盘点:短轮询、Comet、Websocket、SSE
Web端即时通讯技术盘点:短轮询、Comet、Websocket、SSE
JackJiang- 发表于1年前
Web端即时通讯技术盘点:短轮询、Comet、Websocket、SSE
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摘要: Web端即时通讯技术因受限于浏览器的设计限制,一直以来实现起来并不容易,主流的Web端即时通讯方案大致有4种:传统Ajax短轮询、Comet技术、WebSocket技术、SSE(Server-sent Events)。本文将简要介绍这4种技术的原理,并指出各自的异同点、优缺点等。

1. 前言

Web端即时通讯技术因受限于浏览器的设计限制,一直以来实现起来并不容易,主流的Web端即时通讯方案大致有4种:传统Ajax短轮询、Comet技术、WebSocket技术、SSE(Server-sent Events)。本文将简要介绍这4种技术的原理,并指出各自的异同点、优缺点等。

2. 概述

1996年IETF  HTTP工作组发布了HTTP协议的1.0版本 ,到现在普遍使用的版本1.1,HTTP协议经历了17 年的发展。这种分布式、无状态、基于TCP的请求/响应式、在互联网盛行的今天得到广泛应用的协议,相对于互联网的迅猛发展,它似乎进步地很慢。互联网从兴起到现在,经历了门户网站盛行的web1.0时代,而后随着ajax技术的出现,发展为web应用盛行的web2.0时代,如今又朝着web3.0的方向迈进。反观http协议,从版本1.0发展到1.1,除了默认长连接之外就是缓存处理、带宽优化和安全性等方面的不痛不痒的改进。它一直保留着无状态、请求/响应模式,似乎从来没意识到这应该有所改变。

好在HTML5的时代已经到来,为Web端即时通讯的实现带来了WebSocket和SSE(Server-sent Events)两种技术方案。

3. Ajax短轮询:脚本发送的http请求

传统的web应用要想与服务器交互,必须提交一个表单(form),服务器接收并处理传来的表单,然后返回全新的页面,因为前后两个页面的数据大部分都是相同的,这个过程传输了很多冗余的数据、浪费了带宽。于是Ajax技术便应运而生。

Ajax是Asynchronous JavaScript and XML的简称,由Jesse James Garrett 首先提出。这种技术开创性地允许浏览器脚本(JS)发送http请求。Outlook Web Access小组于98年使用,并很快成为IE4.0的一部分,但是这个技术一直很小众,直到2005年初,google在他的goole groups、gmail等交互式应用中广泛使用此种技术,才使得Ajax迅速被大家所接受。

Ajax的出现使客户端与服务器端传输数据少了很多,也快了很多,也满足了以丰富用户体验为特点的web2.0时代 初期发展的需要,但是慢慢地也暴露了他的弊端。比如无法满足即时通信等富交互式应用的实时更新数据的要求。这种浏览器端的小技术毕竟还是基于http协议,http协议要求的请求/响应的模式也是无法改变的,除非http协议本身有所改变。

4. Comet:一种hack技术

以即时通信为代表的web应用程序对数据的Low Latency要求,传统的基于轮询的方式已经无法满足,而且也会带来不好的用户体验。于是一种基于http长连接的“服务器推”技术便被hack出来。这种技术被命名为Comet,这个术语由Dojo Toolkit 的项目主管Alex Russell在博文Comet: Low Latency Data for the Browser首次提出,并沿用下来。

其实,服务器推很早就存在了,在经典的client/server模型中有广泛使用,只是浏览器太懒了,并没有对这种技术提供很好的支持。但是Ajax的出现使这种技术在浏览器上实现成为可能, google的gmail和gtalk的整合首先使用了这种技术。随着一些关键问题的解决(比如 IE 的加载显示问题),很快这种技术得到了认可,目前已经有很多成熟的开源Comet框架。

以下是典型的Ajax和Comet数据传输方式的对比,区别简单明了。典型的Ajax通信方式也是http协议的经典使用方式,要想取得数据,必须首先发送请求。在Low Latency要求比较高的web应用中,只能增加服务器请求的频率。Comet则不同,客户端与服务器端保持一个长连接,只有客户端需要的数据更新时,服务器才主动将数据推送给客户端。

Comet的实现主要有两种方式,基于Ajax的长轮询(long-polling)方式和基于 Iframe 及 htmlfile 的流(http streaming)方式。

有关Comet技术的详细介绍文章请参见:《Comet技术详解:基于HTTP长连接的Web端实时通信技术》、《WEB端即时通讯:HTTP长连接、长轮询(long polling)详解》、《WEB端即时通讯:不用WebSocket也一样能搞定消息的即时性》、《开源Comet服务器iComet:支持百万并发的Web端即时通讯方案》。

 

4.1 基于Ajax的长轮询(long-polling)方式

浏览器发出XMLHttpRequest 请求,服务器端接收到请求后,会阻塞请求直到有数据或者超时才返回,浏览器JS在处理请求返回信息(超时或有效数据)后再次发出请求,重新建立连接。在此期间服务器端可能已经有新的数据到达,服务器会选择把数据保存,直到重新建立连接,浏览器会把所有数据一次性取回。

 

4.2 基于 Iframe 及 htmlfile 的流(http streaming)方式

Iframe是html标记,这个标记的src属性会保持对指定服务器的长连接请求,服务器端则可以不停地返回数据,相对于第一种方式,这种方式跟传统的服务器推则更接近。

在第一种方式中,浏览器在收到数据后会直接调用JS回调函数,但是这种方式该如何响应数据呢?可以通过在返回数据中嵌入JS脚本的方式,如“<script type="text/javascript">js_func(“data from server ”)</script>”,服务器端将返回的数据作为回调函数的参数,浏览器在收到数据后就会执行这段JS脚本。

但是这种方式有一个明显的不足之处:IE、Morzilla Firefox 下端的进度栏都会显示加载没有完成,而且 IE 上方的图标会不停的转动,表示加载正在进行。Google 的天才们使用一个称为“htmlfile”的 ActiveX 解决了在 IE 中的加载显示问题,并将这种方法应用到了 gmail+gtalk 产品中。

5. Websocket:未来的解决方案1

如果说Ajax的出现是互联网发展的必然,那么Comet技术的出现则更多透露出一种无奈,仅仅作为一种hack技术,因为没有更好的解决方案。Comet解决的问题应该由谁来解决才是合理的呢?浏览器,html标准,还是http标准?主角应该是谁呢?本质上讲,这涉及到数据传输方式,http协议应首当其冲,是时候改变一下这个懒惰的协议的请求/响应模式了。

W3C给出了答案,在新一代html标准html5中提供了一种浏览器和服务器间进行全双工通讯的网络技术Websocket。从Websocket草案得知,Websocket是一个全新的、独立的协议,基于TCP协议,与http协议兼容、却不会融入http协议,仅仅作为html5的一部分。于是乎脚本又被赋予了另一种能力:发起websocket请求。这种方式我们应该很熟悉,因为Ajax就是这么做的,所不同的是,Ajax发起的是http请求而已。 

与http协议不同的请求/响应模式不同,Websocket在建立连接之前有一个Handshake(Opening Handshake)过程,在关闭连接前也有一个Handshake(Closing Handshake)过程,建立连接之后,双方即可双向通信。

有关WebSocket的详细介,请参见即时通讯网有关WebSocket的系列文章:《WebSocket详解(一):初步认识WebSocket技术》、《WebSocket详解(二):技术原理、代码演示和应用案例》、《WebSocket详解(三):深入WebSocket通信协议细节》。

从浏览器支持角度来看,WebSocket已经近在眼前,但仍有一段较长的路要走,特别是在中国这个IE6、7、8依然盛行的国家,旧版本浏览器的消亡需要很长一段时间,在完全实现浏览器全兼容前,Comet技术可能仍然是最好的解决方案。不过,当前也已存在一些比较成熟的封装方案来解决这种兼容性限制,比如:开源的Socket.io,详见《Socket.IO介绍:支持WebSocket、用于WEB端的即时通讯的框架》。

6. SSE:未来的解决方案2

SSE(Server-Sent Event,服务端推送事件)是一种允许服务端向客户端推送新数据的HTML5技术。与由客户端每隔几秒从服务端轮询拉取新数据相比,这是一种更优的解决方案。

与WebSocket相比,它也能从服务端向客户端推送数据。那如何决定你是用SSE还是WebSocket呢?概括来说,WebSocket能做的,SSE也能做,反之亦然,但在完成某些任务方面,它们各有千秋。

WebSocket是一种更为复杂的服务端实现技术,但它是真正的双向传输技术,既能从服务端向客户端推送数据,也能从客户端向服务端推送数据。

WebSocket和SSE的浏览器支持率差不多,大多数主流桌面浏览器两者都支持。在Android 4.3以及更早的版本中,系统默认浏览器两者都不支持,Firefox和Chrome则完全支持;Android 4.4中,系统默认浏览器两者都支持;Safari从5.0开始支持SSE(iOS系统从4.0开始),但直到6.0才正确地支持WebSocket(6.0之前的Safari所实现的WebSocket协议存在安全问题,所以一些主流浏览器已经禁用了基于这个协议的实现)。

与WebSocket相比,SSE有一些显著的优势。个人认为它最大的优势就是便利:不需要添加任何新组件,用任何你习惯的后端语言和框架就能继续使用。你不用为新建虚拟机、弄一个新的IP或新的端口号而劳神,就像在现有网站中新增一个页面那样简单。我喜欢把这称为既存基础设施优势。

SSE的第二个优势是服务端的简洁。相对而言,WebSocket则很复杂,不借助辅助类库基本搞不定(我试过,令人痛苦)。

因为SSE能在现有的HTTP/HTTPS协议上运作,所以它能直接运行于现有的代理服务器和认证技术。而对WebSocket而言,代理服务器需要做一些开发(或其他工作)才能支持,在写这本书时,很多服务器还没有(虽然这种状况会改善)。SSE还有一个优势:它是一种文本协议,脚本调试非常容易。事实上,在本书中,我们会在开发和测试时用curl,甚至直接在命令行中运行后端脚本。

不过,这就引出了WebSocket相较SSE的一个潜在优势:WebSocket是二进制协议,而SSE是文本协议(通常使用UTF-8编码)。当然,我们可以通过SSE连接传输二进制数据:在SSE中,只有两个具有特殊意义的字符,它们是CR和LF,而对它们进行转码并不难。但用SSE传输二进制数据时数据会变大,如果需要从服务端到客户端传输大量的二进制数据,最好还是用WebSocket。

WebSocket相较SSE最大的优势在于它是双向交流的,这意味向服务端发送数据就像从服务端接收数据一样简单。用SSE时,一般通过一个独立的Ajax请求从客户端向服务端传送数据。相对于WebSocket,这样使用Ajax会增加开销,但也就多一点点而已。如此一来,问题就变成了“什么时候需要关心这个差异?”如果需要以1次/秒或者更快的频率向服务端传输数据,那应该用WebSocket。0.2次/秒到1次/秒的频率是一个灰色地带,用WebSocket和用SSE差别不大;但如果你期望重负载,那就有必要确定基准点。频率低于0.2次/秒左右时,两者差别不大。

 

从服务端向客户端传输数据的性能如何?如果是文本数据而非二进制数据(如前文所提到的),SSE和WebSocket没什么区别。它们都用TCP/IP套接字,都是轻量级协议。延迟、带宽、服务器负载等都没有区别,除非……呃?除非什么?

当你在享用SSE的既存基础设施优势,并在客户端和服务端脚本之间设了一个网络服务器,区别就显现出来了。一个SSE连接不仅使用一个套接字,还会占用一个Apache线程或进程,如果用PHP,它会为这个连接专门创建一个PHP新实例。Apache和PHP会使用大量的内存,这会限制服务器所能支持的并行连接数。所以,要做到用SSE在数据传输性能上和WebSocket完全一样,需要写一个自己的后端服务器,当然,那些在任何情况下都会用自己的服务器并使用Node.js的人,会觉得这有什么稀奇的。

说一下WebSocket在旧版本浏览器上的兼容。当前,大约超过2/3的浏览器支持这些新技术,移动端浏览器的支持率会低一些。依惯例,每当需要双向套接字时,就会用到Flash,并且WebSocket的向后兼容通常是用Flash来做,这已经相当复杂了,如果浏览器上没有Flash,情况更糟。概括来说,WebSocket难兼容,SSE易兼容。有关SSE的专项介绍文章请参见:《SSE技术详解:一种全新的HTML5服务器推送事件技术》。

(本文同步发布于:http://www.52im.net/thread-336-1-1.html

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关于Ajax短轮询:

找这方面的资料没什么意义,除非忽悠客户,否则请考虑其它3种方案即可。

有关Comet技术的详细介绍请参见:

Comet技术详解:基于HTTP长连接的Web端实时通信技术

WEB端即时通讯:HTTP长连接、长轮询(long polling)详解

WEB端即时通讯:不用WebSocket也一样能搞定消息的即时性

开源Comet服务器iComet:支持百万并发的Web端即时通讯方案

有关WebSocket的详细介绍请参见:

WebSocket详解(一):初步认识WebSocket技术

WebSocket详解(二):技术原理、代码演示和应用案例

WebSocket详解(三):深入WebSocket通信协议细节

Socket.IO介绍:支持WebSocket、用于WEB端的即时通讯的框架

socket.io和websocket 之间是什么关系?有什么区别?

有关SSE的详细介绍文章请参见:

SSE技术详解:一种全新的HTML5服务器推送事件技术

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作者:Jack Jiang (点击作者姓名进入Github) 

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wahahagong1
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JackJiang-
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