前言
随着 Web 的发展，用户对于 Web 的实时推送要求也越来越高，比如，工业运行监控、Web 在线通讯、即时报价系统、在线游戏等，都需要将后台发生的变化主动地、实时地传送到浏览器端，而不需要用户手动地刷新页面。本文对过去和现在流行的 Web 实时推送技术进行了比较与总结。
本文完整的源代码请猛戳 Github 博客，纸上得来终觉浅，建议大家动手敲敲代码。
一、双向通信
HTTP 协议有一个缺陷：通信只能由客户端发起。举例来说，我们想了解今天的天气，只能是客户端向服务器发出请求，服务器返回查询结果。HTTP 协议做不到服务器主动向客户端推送信息。这种单向请求的特点，注定了如果服务器有连续的状态变化，客户端要获知就非常麻烦。在 WebSocket 协议之前，有三种实现双向通信的方式：轮询（polling）、长轮询（long-polling）和 iframe 流（streaming）。
1. 轮询（polling）
轮询是客户端和服务器之间会一直进行连接，每隔一段时间就询问一次。其缺点也很明显：连接数会很多，一个接受，一个发送。而且每次发送请求都会有 Http 的 Header，会很耗流量，也会消耗 CPU 的利用率。
优点：实现简单，无需做过多的更改
缺点：轮询的间隔过长，会导致用户不能及时接收到更新的数据；轮询的间隔过短，会导致查询请求过多，增加服务器端的负担
// 1.html
<div id=”clock”></div>
<script>
let clockDiv = document.getElementById(‘clock’);
setInterval(function(){
let xhr = new XMLHttpRequest;
xhr.open(‘GET’,’/clock’,true);
xhr.onreadystatechange = function(){
if(xhr.readyState == 4 && xhr.status == 200){
console.log(xhr.responseText);
clockDiv.innerHTML = xhr.responseText;
}
}
xhr.send();
},1000);
</script>
// 轮询 服务端
let express = require(‘express’);
let app = express();
app.use(express.static(__dirname));
app.get(‘/clock’,function(req,res){
res.end(new Date().toLocaleString());
});
app.listen(8080);
启动本地服务，打开 http://localhost:8080/1.html, 得到如下结果：
2. 长轮询（long-polling）
长轮询是对轮询的改进版，客户端发送 HTTP 给服务器之后，看有没有新消息，如果没有新消息，就一直等待。当有新消息的时候，才会返回给客户端。在某种程度上减小了网络带宽和 CPU 利用率等问题。由于 http 数据包的头部数据量往往很大（通常有 400 多个字节），但是真正被服务器需要的数据却很少（有时只有 10 个字节左右），这样的数据包在网络上周期性的传输，难免对网络带宽是一种浪费。
优点：比 Polling 做了优化，有较好的时效性
缺点：保持连接会消耗资源; 服务器没有返回有效数据，程序超时。
// 2.html 服务端代码同上
<div id=”clock”></div>
<script>
let clockDiv = document.getElementById(‘clock’)
function send() {
let xhr = new XMLHttpRequest()
xhr.open(‘GET’, ‘/clock’, true)
xhr.timeout = 2000 // 超时时间，单位是毫秒
xhr.onreadystatechange = function() {
if (xhr.readyState == 4) {
if (xhr.status == 200) {
// 如果返回成功了，则显示结果
clockDiv.innerHTML = xhr.responseText
}
send() // 不管成功还是失败都会发下一次请求
}
}
xhr.ontimeout = function() {
send()
}
xhr.send()
}
send()
</script>
3.iframe 流（streaming）
iframe 流方式是在页面中插入一个隐藏的 iframe，利用其 src 属性在服务器和客户端之间创建一条长连接，服务器向 iframe 传输数据（通常是 HTML，内有负责插入信息的 javascript），来实时更新页面。
优点：消息能够实时到达；浏览器兼容好
缺点：服务器维护一个长连接会增加开销；IE、chrome、Firefox 会显示加载没有完成，图标会不停旋转。
// 3.html
<body>
<div id=”clock”></div>
<iframe src=”/clock” style=”display:none”></iframe>
</body>
//iframe 流
let express = require(‘express’)
let app = express()
app.use(express.static(__dirname))
app.get(‘/clock’, function(req, res) {
setInterval(function() {
let date = new Date().toLocaleString()
res.write(`
<script type=”text/javascript”>
parent.document.getElementById(‘clock’).innerHTML = “${date}”;// 改变父窗口 dom 元素
</script>
`)
}, 1000)
})
app.listen(8080)
启动本地服务，打开 http://localhost:8080/3.html, 得到如下结果：
上述代码中，客户端只请求一次，然而服务端却是源源不断向客户端发送数据，这样服务器维护一个长连接会增加开销。
以上我们介绍了三种实时推送技术，然而各自的缺点很明显，使用起来并不理想，接下来我们着重介绍另一种技术 –websocket, 它是比较理想的双向通信技术。
二、WebSocket
1. 什么是 websocket
WebSocket 是一种全新的协议，随着 HTML5 草案的不断完善，越来越多的现代浏览器开始全面支持 WebSocket 技术了，它将 TCP 的 Socket（套接字）应用在了 webpage 上，从而使通信双方建立起一个保持在活动状态连接通道。
一旦 Web 服务器与客户端之间建立起 WebSocket 协议的通信连接，之后所有的通信都依靠这个专用协议进行。通信过程中可互相发送 JSON、XML、HTML 或图片等任意格式的数据。由于是建立在 HTTP 基础上的协议，因此连接的发起方仍是客户端，而一旦确立 WebSocket 通信连接，不论服务器还是客户端，任意一方都可直接向对方发送报文。
初次接触 WebSocket 的人，都会问同样的问题：我们已经有了 HTTP 协议，为什么还需要另一个协议？
2.HTTP 的局限性
HTTP 是半双工协议，也就是说，在同一时刻数据只能单向流动，客户端向服务器发送请求 (单向的)，然后服务器响应请求 (单向的)。
服务器不能主动推送数据给浏览器。这就会导致一些高级功能难以实现，诸如聊天室场景就没法实现。
3.WebSocket 的特点
支持双向通信，实时性更强
可以发送文本，也可以发送二进制数据
减少通信量：只要建立起 WebSocket 连接，就希望一直保持连接状态。和 HTTP 相比，不但每次连接时的总开销减少，而且由于 WebSocket 的首部信息很小，通信量也相应减少了
相对于传统的 HTTP 每次请求 - 应答都需要客户端与服务端建立连接的模式，WebSocket 是类似 Socket 的 TCP 长连接的通讯模式，一旦 WebSocket 连接建立后，后续数据都以帧序列的形式传输。在客户端断开 WebSocket 连接或 Server 端断掉连接前，不需要客户端和服务端重新发起连接请求。在海量并发和客户端与服务器交互负载流量大的情况下，极大的节省了网络带宽资源的消耗，有明显的性能优势，且客户端发送和接受消息是在同一个持久连接上发起，实时性优势明显。
接下来我看下 websocket 如何实现客户端与服务端双向通信：
// websocket.html
<div id=”clock”></div>
<script>
let clockDiv = document.getElementById(‘clock’)
let socket = new WebSocket(‘ws://localhost:9999’)
// 当连接成功之后就会执行回调函数
socket.onopen = function() {
console.log(‘ 客户端连接成功 ’)
// 再向服务 器发送一个消息
socket.send(‘hello’) // 客户端发的消息内容 为 hello
}
// 绑定事件是用加属性的方式
socket.onmessage = function(event) {
clockDiv.innerHTML = event.data
console.log(‘ 收到服务器端的响应 ’, event.data)
}
</script>
// websocket.js
let express = require(‘express’)
let app = express()
app.use(express.static(__dirname))
//http 服务器
app.listen(3000)
let WebSocketServer = require(‘ws’).Server
// 用 ws 模块启动一个 websocket 服务器, 监听了 9999 端口
let wsServer = new WebSocketServer({port: 9999})
// 监听客户端的连接请求 当客户端连接服务器的时候，就会触发 connection 事件
//socket 代表一个客户端, 不是所有客户端共享的，而是每个客户端都有一个 socket
wsServer.on(‘connection’, function(socket) {
// 每一个 socket 都有一个唯一的 ID 属性
console.log(socket)
console.log(‘ 客户端连接成功 ’)
// 监听对方发过来的消息
socket.on(‘message’, function(message) {
console.log(‘ 接收到客户端的消息 ’, message)
socket.send(‘ 服务器回应:’ + message)
})
})
启动本地服务，打开 http://localhost:3000/websocket.html, 得到如下结果：
三、Web 实时推送技术的比较
方式
类型
技术实现
优点
缺点
适用场景
轮询 Polling
client→server
客户端循环请求
1、实现简单 2、支持跨域
1、浪费带宽和服务器资源 2、一次请求信息大半是无用（完整 http 头信息）3、有延迟 4、大部分无效请求
适于小型应用
长轮询 Long-Polling
client→server
服务器 hold 住连接，一直到有数据或者超时才返回，减少重复请求次数
1、实现简单 2、不会频繁发请求 3、节省流量 4、延迟低
1、服务器 hold 住连接，会消耗资源 2、一次请求信息大半是无用
WebQQ、Hi 网页版、Facebook IM
长连接 iframe
client→server
在页面里嵌入一个隐蔵 iframe，将这个 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。
1、数据实时送达 2、不发无用请求，一次链接，多次“推送”
1、服务器增加开销 2、无法准确知道连接状态 3、IE、chrome 等一直会处于 loading 状态
Gmail 聊天
WebSocket
server⇌client
new WebSocket()
1、支持双向通信，实时性更强 2、可发送二进制文件 3、减少通信量
1、浏览器支持程度不一致 2、不支持断开重连
网络游戏、银行交互和支付
综上所述：Websocket 协议不仅解决了 HTTP 协议中服务端的被动性，即通信只能由客户端发起，也解决了数据同步有延迟的问题，同时还带来了明显的性能优势，所以 websocket 是 Web 实时推送技术的比较理想的方案，但如果要兼容低版本浏览器，可以考虑用轮询来实现。
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参考文章
WebSocket 教程
珠峰前端架构课
Web 实时推送技术的总结
WebSocket（1）：服务端“实时推送”的演变
长连接 /websocket/SSE 等主流服务器推送技术比较