客戶端與服務器持續同步解析（輪詢，comet，WebSocket）
在B/S模型的Web應用中，客戶端常常需要保持和服務器的持續更新。這種對及時性要求比較高的應用比如：股票價格的查詢，實時的商品價格，自動更新的twitter timeline以及基于瀏覽器的聊天系統（如GTalk）等等。由于近些年AJAX技術的興起，也出現了多種實現方式。本文將對這幾種方式進行說明，并用jQuery+tornado進行演示，需要說明的是，如果對tornado不了解也沒有任何問題，由于tornado的代碼非常清晰且易懂，選擇tornado是因為其是一個非阻塞的(Non-blocking IO）異步框架（本文使用2.0版本）。
在開始之前，為了讓大家有個清晰的認識，首先列出本文所要講到的內容大概。本文將會分以下幾部分：
- 普通的輪詢（Polling)
- Comet：基于服務器長連接的“服務器推”技術。這其中又分為兩種：
- 基于AJAX和基于IFrame的流（streaming）方式。
- 基于AJAX的長輪詢（long-polling）方式。
- WebSocket
古老的輪詢
輪詢最簡單也最容易實現，每隔一段時間向服務器發送查詢，有更新再觸發相關事件。對于前端，使用js的setInterval以AJAX或者JSONP的方式定期向服務器發送request。
var polling = function(){
$.post('/polling', function(data, textStatus){
$("p").append(data+"<br>");
});
};
interval = setInterval(polling, 1000);
后端我們只是象征性地隨機生成一些數字，并且返回。在實際應用中可以訪問cache或者從數據庫中獲取內容。
import random
import tornado.web
class PollingHandler(tornado.web.RequestHandler):
def post(self):
num = random.randint(1, 100)
self.write(str(num))
可以看到，采用polling的方式，效率是十分低下的，一方面，服務器端不是總有數據更新，所以每次問詢不一定都有更新，效率低下；另一方面，當發起請求的客戶端數量增加，服務器端的接受的請求數量會大量上升，無形中就增加了服務器的壓力。
Comet：基于HTTP長連接的“服務器推”技術
看到 這個標題有的人可能就暈了，其實原理還是比較簡單的。基于Comet的技術主要分為流（streaming）方式和長輪詢（long-polling）方式。
首先看Comet這個單詞，很多地方都會說到，它是“彗星”的意思，顧名思義，彗星有個長長的尾巴，以此來說明客戶端發起的請求是長連的。即用戶發起請求后就掛起，等待服務器返回數據，在此期間不會斷開連接。流方式和長輪詢方式的區別就是：對于流方式，客戶端發起連接就不會斷開連接，而是由服務器端進行控制。當服務器端有更新時，刷新數據，客戶端進行更新；而對于長輪詢，當服務器端有更新返回，客戶端先斷開連接，進行處理，然后重新發起連接。
會有同學問，為什么需要流（streaming）和長輪詢（long-polling）兩種方式呢？是因為：對于流方式，有諸多限制。如果使用AJAX方式，需要判斷XMLHttpRequest 的 readystate，即readystate==3時（數據仍在傳輸），客戶端可以讀取數據，而不用關閉連接。問題也在這里，IE 在 readystate 為 3 時，不能讀取服務器返回的數據，所以目前 IE 不支持基于 Streaming AJAX，而長輪詢由于是普通的AJAX請求，所以沒有瀏覽器兼容問題。另外，由于使用streaming方式，控制權在服務器端，并且在長連接期間，并沒有客戶端到服務器端的數據，所以不能根據客戶端的數據進行即時的適應（比如檢查cookie等等），而對于long polling方式，在每次斷開連接之后可以進行判斷。所以綜合來說，long polling是現在比較主流的做法（如fb，Plurk）。
接下來，我們就來對流（streaming）和長輪詢（long-polling）兩種方式進行演示。
流（streaming）方式
從上圖可以看出每次數據傳送不會關閉連接，連接只會在通信出現錯誤時，或是連接重建時關閉（一些防火墻常被設置為丟棄過長的連接， 服務器端可以設置一個超時時間， 超時后通知客戶端重新建立連接，并關閉原來的連接）。
流方式首先一種常用的做法是使用AJAX的流方式（如先前所說，此方法主要判斷readystate==3時的情況，所以不能適用于IE）。
服務器端代碼像這樣：
class StreamingHandler(tornado.web.RequestHandler):
'''使用asynchronus裝飾器使得post方法變成無阻塞'''
@tornado.web.asynchronous
def post(self):
self.get_data(callback=self.on_finish)
def get_data(self, callback):
if self.request.connection.stream.closed():
return
num = random.randint(1, 100) #生成隨機數
callback(num) #調用回調函數
def on_finish(self, data):
self.write("Server says: %d" % data)
self.flush()
tornado.ioloop.IOLoop.instance().add_timeout(
time.time()+3,
lambda: self.get_data(callback=self.on_finish)
)
對于服務器端，仍然是生成隨機數字，由于要不斷輸出數據，于是在回調函數里延遲3秒，然后繼續調用get_data方法。在這里要注意的是，不能使用time.sleep()，由于tornado是單線程的，使用sleep方法會block主線程。因此要調用IOLoop的add_timeout方法（參數0：執行時間戳，參數1：回調函數）。于是服務器端會生成一個隨機數字，延遲3秒再生成隨機數字，循環往復。
于是前端js就是：
try {
var request = new XMLHttpRequest();
} catch (e) {
alert("Browser doesn't support window.XMLHttpRequest");
}
var pos = 0;
request.onreadystatechange = function () {
if (request.readyState === 3) { //在 Interactive 模式處理
var data = request.responseText;
$("p").append(data.substring(pos)+"<br>");
pos = data.length;
}
};
request.open("POST", "/streaming", true);
request.send(null);
對于tornado來說，調用flush方法，會將先前write的所有數據都發送客戶端，也就是response的數據處于累加的狀態，所以在js腳本里，我們使用了pos變量作為cursor來存放每次flush數據結束位置。
另外一種常用方法是使用IFrame的streaming方式，這也是早先的常用做法。首先我們在頁面里放置一個iframe，它的src設置為一個長連接的請求地址。Server端的代碼基本一致，只是輸出的格式改為HTML，用來輸出一行行的Inline Javascript。由于輸出就得到執行，因此就少了存儲游標（pos）的過程。服務器端代碼像這樣：
class IframeStreamingHandler(tornado.web.RequestHandler):
@tornado.web.asynchronous
def get(self):
self.get_data(callback=self.on_finish)
def get_data(self, callback):
if self.request.connection.stream.closed():
return
num = random.randint(1, 100)
callback(num)
def on_finish(self, data):
self.write("<script>parent.add_content('Server says: %d<br />');</script>" % data)
# 輸出的立刻執行，調用父窗口js函數add_content
self.flush()
tornado.ioloop.IOLoop.instance().add_timeout(
time.time()+3,
lambda: self.get_data(callback=self.on_finish)
)
在客戶端我們只需定義add_content函數：
var add_content = function(str){
$("p").append(str);
};
由此可以看出，采用IFrame的streaming方式解決了瀏覽器兼容問題。但是由于傳統的Web服務器每次連接都會占用一個連接線程，這樣隨著增加的客戶端長連接到服務器時，線程池里的線程最終也就會用光。因此，Comet長連接只有對于非阻塞異步Web服務器才會產生作用。這也是為什么選擇tornado的原因。
使用iframe方式一個問題就是瀏覽器會一直處于加載狀態。
長輪詢（long-polling）方式
長輪詢是現在最為常用的方式，和流方式的區別就是服務器端在接到請求后掛起，有更新時返回連接即斷掉，然后客戶端再發起新的連接。于是Server端代碼就簡單好多，和上面的任務類似：
class LongPollingHandler(tornado.web.RequestHandler):
@tornado.web.asynchronous
def post(self):
self.get_data(callback=self.on_finish)
def get_data(self, callback):
if self.request.connection.stream.closed():
return
num = random.randint(1, 100)
tornado.ioloop.IOLoop.instance().add_timeout(
time.time()+3,
lambda: callback(num)
) # 間隔3秒調用回調函數
def on_finish(self, data):
self.write("Server says: %d" % data)
self.finish() # 使用finish方法斷開連接
Browser方面，我們封裝成一個updater對象：
var updater = {
poll: function(){
$.ajax({url: "/longpolling",
type: "POST",
dataType: "text",
success: updater.onSuccess,
error: updater.onError});
},
onSuccess: function(data, dataStatus){
try{
$("p").append(data+"<br>");
}
catch(e){
updater.onError();
return;
}
interval = window.setTimeout(updater.poll, 0);
},
onError: function(){
console.log("Poll error;");
}
};
要啟動長輪詢只要調用
updater.poll();
可以看到，長輪詢與普通的輪詢相比更有效率（只有數據更新時才返回數據），減少不必要的帶寬的浪費；同時，長輪詢又改進了streaming方式對于browser端判斷并更新不足的問題。
WebSocket：未來方向
以上不管是Comet的何種方式，其實都只是單向通信，直到WebSocket的出現，才是B/S之間真正的全雙工通信。不過目前WebSocket協議仍在開發中，目前Chrome和Safri瀏覽器默認支持WebSocket，而FF4和Opera出于安全考慮，默認關閉了WebSocket，IE則不支持（包括9），目前WebSocket協議最新的為“76號草案”。有興趣可以關注http://dev.w3.org/html5/websockets/。
在每次WebSocket發起后，B/S端進行握手，然后就可以實現通信，和socket通信原理是一樣的。目前，tornado2.0版本也是實現了websocket的“76號草案”。詳細可以參閱文檔。我們還是只是在通信打開之后發送一堆隨機數字，僅演示之用。
import tornado.websocket
class WebSocketHandler(tornado.websocket.WebSocketHandler):
def open(self):
for i in xrange(10):
num = random.randint(1, 100)
self.write_message(str(num))
def on_message(self, message):
logging.info("getting message %s", message)
self.write_message("You say:" + message)
客戶端代碼也很簡單和直觀：
var wsUpdater = {
socket: null,
start: function(){
if ("WebSocket" in window) {
wsUpdater.socket = new WebSocket("ws://localhost:8889/websocket");
}
else {
wsUpdater.socket = new MozWebSocket("ws://localhost:8889/websocket");
}
wsUpdater.socket.onmessage = function(event) {
$("p").append(event.data+"<br>");
};
}
};
wsUpdater.start();
總結：本文對Browser和Server端持續同步的方式進行了介紹，并進行了演示。在實際生產中，有一些框架。包括Java的Pushlet，NodeJS的socket.io，大家請自行查閱資料。
本文參考文章：
本文出自殘陽似血博文：Browser和Server持續同步的幾種方式（jQuery+tornado演示）
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