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详解Web端通信方式的演进:从Ajax、JSONP 到 SSE、Websocket

一、前言


若干年前,天空一声巨响,ajax 闪亮登场。前端宝宝们如获至宝,已经表单提交神马的,真的太心累了。有了ajax之后,网页的性能可大幅提升,告别刷新,告别如水的流量。

不过,长江后浪推前浪,一代更比一代强。由于ajax被跨域问题限制着(请自行百度“JS跨域问题”),导致多服务器配置、云服务资源的存储没办法充分利用。

所以,业界想到另外一种方法:JSONP。JSONP实际上和ajax没有半点关系,唯一相同的就是都是异步执行,而且JSONP完美解决了CD(cross domain)问题。

科技就是第一生产力,web发展 so fast。以前追求就是静态网页,显示信息而已。 现在,正朝着web2.0,web app前进。 以前的单向交流已经不能满足需求了。 怎么办呢? 改呗。所以,紧接着SSE、WebSocket 诞生了。

至此,前端通信方式算是告一段落, 这里我们将围绕上述的几种通信方式进行详细的介绍。

这几个技术的原理图如下:
1.png

以下是几个技术的讲解顺序:

  • ajax;
  • JSONP;
  • SSE;
  • websocket。

ok,进入正题吧。

二、AJAX


相信这个应该不用过多的讲解了吧,差不多就4步:

  • 创建xhr对象;
  • 监听请求;
  • 设置回调;
  • 设置参数;
  • 发送xhr;
  • 获得数据执行回调。

这里,我就直接上代码了:
 var sendAjax = (function() {
    var getXHR = (function() {
        var xhr;
        if(window.XHRHttpRequest){
            xhr = new XMLHttpRequest();
        }else{
            xhr = new ActiveObject("Microsoft.XMLHTTP");
        }
        return xhr;
    })();
    return function(url,opts){ //url为目标地址
        var xhr = getXHR(),
        data;
        xhr.onreadystatechange = function(){
            if(xhr.readyState===4||xhr.status===200){
                data = JSON.parse(xhr.responseText);  //将data解析为json对象
                opts.callback(data);
            }
        }
        xhr.setRequestHeader('Content-Type','application/json');
        xhr.open(opts.method,url);  //写入参数
        xhr.send(JSON.stringify(opts.data));  //将参数json字符化
    }
})();
//调用执行
sendAjax('www.example.com',{
    callback:function(data){
        //...
    },
    data:{
        name:'JIMMY',
        age:18
    }
})

这样差不多就完成了一个ajax的简单模型。当然,我们也可以使用jquery提供的$.ajax函数,只是他里面做了更多的兼容性和功能性。

三、JSONP


JSONP 就是 JSON with Padding... 我真的不知道这个名字的含义到时有什么卵用。 一开始在使用JSONP时,就是使用jquery的$.ajax函数就可以了。但这造成了一个很不好的impression。总是让我们以为,JSONP 和 ajax有什么关联似的。而事实上,他们两个是完全不同的机制。xhr原理大家已经很清楚了,就是完完全全的异步操作。但JSONP的原理是什么呢?

JSONP 其实是和< script> 标签 有很大的关系。JSONP最大的优势就是实现异步跨域的作用,他到底是怎么做到的呢? 其实,JSONP就是利用script的 src属性,实现跨域的功能。

talk is cheap, show the code:
<script>
function processJSON (json) {
  // Do something with the JSON response
};
</script>

<script src='http://www.girls.hustonline.net?
callback=processJSON&name=jimmy&age=18'></script>

上面的写法有点不符合前端风味。说明一下,processJSON其实就相当于一个回调函数而已。在script--src里面的内容我们来瞧一瞧。

使用jsoncallback 来指定回调函数名字,并且传入一些参数:
name = jimmy
age = 18

这就是前端发送JSONP的全部.那应该怎么执行呢?或者说,返回的内容是什么呢? 很简单,根据jsoncallback里面指定的函数名:processJSON,在返回的js里面使用processJSON(data);来执行。

服务器端返回的js内容:
processJSON({
    message:"I've already received"
});

然后,浏览器收到后,直接执行即可。

这里,我们来模拟一下服务器端盖怎样执行一个JSONP的函数:
const util = require('util'),
    http = require('http'),
    url = require('url');
let data = JSON.stringify({
    message:"I've already received"
});
http.createServer(function(req, res) {
    req = url.parse(req.url, true);
    if (!req.query.callback) res.end();
    console.log(`name is  ${req.query.name} and his age is ${req.query.age}`);
    res.writeHead(200, { 'Content-Type': 'application/javascript' })
    res.end(req.query.callback + "('" + data + "')")
}).listen(80)

ok,上面基本上就可以完成一个简单的JSONP函数执行。 当然,express 4.x(express是Nodejs里著名的Web应用开发框架)里面也有相关的JSONP 操作,有兴趣的同学可以看一看。

then,我们可以模拟一下实在的JSONP请求。上面是直接将script写死在html内部,这样造成的结果可能会阻塞页面的加载。

所以,我们需要以另外一种方式进行,使用异步添加script方法:
var sendJSONP = function(url,callbackName){
    var script= docuemnt.createELement('script');
    script.src = `${url}&callback=${callbackName}`;
    document.head.appendChild(script);
}
var sayName = function(name){
    console.log(`your name is ${name}`);
}
sendJSONP('http://girls.hustonline.net?name=jimmy','sayName');

上面就是一个精简版的JSONP了。 另外,也推荐使用jquery的getJSON和$.ajax进行请求。

先看一下jquery的getJSON:
$.getJSON("http://girls.hustonline.net?callback=?", function(result){
  console.log(result);
});

这里,我们需要关注一下url里面中callback=?里的?的内涵。jquery使用自动生成数的方式,省去了我们给回调命名的困扰。 其实,最后?会被一串字符代替,比如:json23153123。这个就代表你的回到函数名。不过,还是推荐使用$.ajax,因为你一不小心就有可能忘掉最后的?。

使用$.ajax发送jsonp:
$.ajax({
    url: 'http://girls.hustonline.net?name=jimmy',
    dataType: 'jsonp',
    success: function(name){
            console.log(name);
        }
    });

这样,我们就可以利用jquery很简单的发送jsonp了。

四、SSE


ajax和JSONP 都是 client-fetch的操作。但是有时候,我们更需要服务器主动给我们发信息。比如,现在的APP应用完全可以实现服务器发送,然后Client再处理。而SSE就是帮助我们向web app靠近。SSE 全称就是 Server-Sent Events——中译 为 “服务器推送”。

他的技术并不是很难,和websocket不同,他依赖原生的HTTP,所以对于开发者来说更好理解。 比如在nodeJS,只要我不执行res.end(),并且一定时间持续发送信息的话,那么该连接就会持续打开(keep-alive)。其实通俗来说,就是一个长连接。

所以,以前我们通常使用ajax、iframe长轮询来代替他。但是这样有个缺点就是,可操控性弱、错误率高。 所以,正对于这点W3C觉得需要在客户端另外指定一个机制:能够保证服务器推送,实现连接的keep-alive,操作简单。在这样背景下SSE诞生了。

但SSE和AJAX具体的区别在什么地方呢?

  • 数据类型不同: SSE 只能接受 type/event-stream 类型,AJAX 可以接受任意类型;
  • 结束机制不同: 虽然使用AJAX长轮询也可以实现这样的效果,但是服务器端(以nodeJS为例)必须在一定时间内执行res.end()才行。而SSE只需要执行res.write() 即可。

有关更多SSE技术的介绍,详见《SSE技术详解:一种全新的HTML5服务器推送事件技术》。

1简单demo


先看一个client端,一个比较简单的demo:
var source = new EventSource('/dates');  //指定路由发送
source.onmessage = function(e) {  //监听信息的传输
    var data = JSON.parse(e.data),
        origin = e.origin;
};
source.onerror = function(e) { //当连接发生error时触发
    console.log(e);
};
source.onopen = function(e) { //当连接正式建立时触发
    console.log(e);
};

SSE主要就是创建一个EventSource对象,里面的参数就是发送的路由,不过目前还不支持CORS,所以也被限制在同源策略下。在返回的source里面包含了,需要处理的一切信息。SSE也是通过事件驱动的,如上面demo所述:这里SSE通常有一下几类重要的事件: |eventName|effect| |:---|:---| |open|当连接打开时触发| |message|当有数据发送时触发,在event对象内包含了相关数据| |error|当发生错误时触发|。

上面几个方法比较重要的还是message方法,message主要用来进行信息的接受,回调中的event 包含了返回的相关数据。event包含的内容 |property|effect| |:---|:---| |data|服务器端传回的数据| |origin|服务器端URL的域名部分,有protocol、hostname、port| |lastEventId| 用来指定当前数据的序号。主要用来断线重连时数据的有效性。

2服务器返回数据格式


上文说过,SSE 是以event-stream格式进行传输的,但具体内容是怎样的呢?
data: hi

data: second event
id: 100

event: myevent
data: third event
id: 101

: this is a comment
data: fourth event
data: fourth event continue

上面就是一个简单的demo,每一段数据我们称之为事件,每一个事件经过空行分隔。“:”前面是数据类型,后面是数据。

通常的类型有:

  • 空类型: 表示注释,在处理是会默认被删除.比如:this is a comment.
  • event: 声明该事件类型,比如message.
  • data: 最重要的一个类型, 表示传输的数据。可以为string格式或者JSON格式. 比如:data: {"username": "bobby"}
  • id: 其实就是lastEventId. 用来表明该次事件在整个流中的序号
  • retry: 用来表明浏览器断开再次连接之前等待的事件(不常用)

其实上面最重要的两个字段就是data、id。所以,我们一般获取的话就可以使用 event.data和event.lastEventId。上文说道,每一段内容是通过换行实现的,那服务器端应该怎么实现,写入的操作呢?

同样,这里以nodeJS 为例:
res.write("id: " + i + "\n");
res.write("data: " + i + "\n\n");

通过使用'\n\n'进行两次换行操作,即产生空行即可。

3使用自定义事件


服务器端不仅可以返回指定数据,还可以返回指定事件.不过默认情况下都是message事件, 但我们也可以指定事件. 比如
event: myevent
data: third event
id: 101

这里出发的就是 myevent事件。即这就是触发自定义事件的方式。在front-end 我们可以使用addEventListener 来进行监听。
var source = new EventSource('/someEvents');
source.addEventListener('myevent', function(event){
    //doSth
}, false);

4服务端使用SSE


由于使用的是HTTP协议,所以对于服务端基本上没什么太大的改变。

唯一注意的就是发送数据使用res.write()即可,断开的时候使用res.end():
res.writeHead(200, {
      "Content-Type": "text/event-stream",
      "Cache-Control": "no-cache",
      "Access-Control-Allow-Origin": "*" //允许跨域
    });
var num =0;
var f = function(){
   if(num===10){
      res.end();
   }else{
    res.write("id: " + num + "\n");
    res.write("data: " + num + "\n\n");
    num++;
   }
   setTimeout(f,1000);
}
f();

Ok,这里有一个demo,大家可以打开控制台看一下。会发现:有一个连接一直处于Content-Download状态,该连接就是一个SSE。

5兼容性


目前SSE,在市面上大受欢迎,不过总有一个SB,离经叛道:居然连微软的edge都不支持。偶尔去翻了一下,还在underConsideration。结果底下的评论基本都是xxxx,有空可以去看看,逼逼MS程序员。

五、WebSocket


websocket 不同于其他的HTTP协议,他是独立于HTTP存在的另外一种通信协议。比如,像这样的一个路径ws://websocket.example.com/,就是一个websocket 通信。通常的实时通信并不会传输大量的内容。所以,对于HTTP协议那种,进行连接时需要传递,cookie和request Headers来说,这种方式的通信协议会造成一定的时延(latency)。websocket通信协议就是在这样的背景下诞生了,他与SSE、ajax polling不同的是:支持双向通信。

有关WebSocket的更多文章,请见:《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》。

我们来看一个简单的websocket demo:
var socket = new WebSocket('ws://localhost:8080/');
  socket.onopen = function () {
      console.log('Connected!');
  };
  socket.onmessage = function (event) {
      console.log('Received data: ' + event.data);
      socket.close();
  };
  socket.onclose = function () {
      console.log('Lost connection!');
  };
  socket.onerror = function () {
      console.log('Error!');
  };
 socket.send('hello, world!');

可以说上面就是一个健全的websocket 通信了。和SSE一样,我们需要创建一个WebSocket对象,里面的参数指定连接的路由。而且他也是事件驱动的。常见的事件监听有:|event|effect| |:---|:---| |open|,当ws连接建立时触发| |message|当有信息到来时触发| |error|当连接发生错误时触发| |close|当连接断开时触发|。

1websocket 发送数据


另外,websocket 最大的特点就是可以双向通信。这里可以使用 ws.send()方法发送数据,不过只能发送String和二进制。这里我们通常call 数据叫做Frames,他是数据发送的最小单元。包含数据的长度和数据内容。

下面就是几种常用的发送方式:
 socket.send("Hello server!"); 
 socket.send(JSON.stringify({'msg': 'payload'})); 

  var buffer = new ArrayBuffer(128);
  socket.send(buffer); 

  var intview = new Uint32Array(buffer);
  socket.send(intview); 

  var blob = new Blob([buffer]);
  socket.send(blob);

另外还可以使用binaryType指定传输的数据格式,不过一般都用不上,就不说了。不过需要提醒的是send方法,一般在open和message的回调函数中调用。

2websocket 接受数据


同理,和SSE差不多,通过监听message事件,来接受server发送回来的数据。接受其实就是通过event.data来获取。

不过需要和server端商量好data的类型:
 ws.onmessage = function(msg) { 
  if(msg.data instanceof Blob) { 
    processBlob(msg.data);
  } else {
    processText(JSON.parse(msg.data)); //接受JSON数据
  }
}

那server端应该怎样处理websocket通信呢? websocket虽然是另外一种协议,不过底层还是封装了TCP通信,所以使用nodeJS的net模块,基本就可以满足,不过里面需要设置很多的头。

这里推荐使用ws模块(一个简单的Nodejs WebSocket库,开源地址是:https://github.com/websockets/ws)。

3NodeJS 发送websocket数据


简单的websocket demo:
var WebSocketServer = require('ws').Server
  , wss = new WebSocketServer({ port: 8080 });

//通过ws+ssl的方式通信. 和HTTPS类似
wss.on('connection', function connection(ws) {
  ws.on('message', function incoming(message) {
    console.log('received: %s', message);
  });

  ws.send('something');
});

可以参考treeHouse 编写的WSdemo,开源地址是:https://codepen.io/matt-west/full/tHlBb

4为什么websocket会有子协议


由于websocket 本身的协议对于数据格式来说不是特别的清晰明了,ws可以传输text、blob、binary等等其他格式。这样对于安全性和开发性能来说,友好度很低。所以,为了解决这个问题,subprotocols 出现了。在使用时client和server都需要配置一样的subprotocols。

例如:
var ws = new WebSocket('wss://example.com/socket',
                       ['appProtocol', 'appProtocol-v2']);

服务端需要将subprotocols发送过去,在handshakes的过程中server 会识别subprotocols。如果server端也有相同的子协议存在,那么连接成功。如果不存在则会触发error,连接就被断开了。

5websocket 协议内容


websocket 是由HyBi Working Group 提议并创建的。 主要的内容就是一张表:

2.png

相比TCP来说,真的是简单,其实一句话就可以说完:

WebSocket frame: 2–14 bytes + payload


具体内容是:

  • 第一个比特(FIN) :表明该frame 是否信息的最后一个,因为信息可以分多个frame包传送,但最终客户端接收的是整个数据;
  • opcode(4bit):操作码, 表示传送frame的类型 比如text(1)|| binary(2);
  • Mask:比特位表示该数据是否是从 client => server;
  • Extended length:用来表示payload 的长度;
  • Masking key:用来加密有效值;
  • Payload:就是传输的数据。

6websocket 能否跨域?


答案:是。 但网上有两部分内容:

WebSocket is subject to the same-origin policy WebSocket is not subject to the same-origin policy


看到这里我也是醉了。事实上websocket 是可以跨域的,但是为了安全起见,我们通常利用CORS 进行域名保护。

即设置如下的相应头:Access-Control-Allow-Origin: http://example.com。这时只有http://example.com 能够进行跨域请求,其他的都会deny。

(原文链接:https://www.qcloud.com/community/article/446567,有改动)

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