客户端与服务器持续同步解析（轮询，comet，WebSocket）

在B/S模型的Web应用中，客户端常常需要保持和服务器的持续更新。这种对及时性要求比较高的应用比如：股票价格的查询，实时的商品价格，自动更新的twitter timeline以及基于浏览器的聊天系统（如GTalk）等等。由于近些年AJAX技术的兴起，也出现了多种实现方式。本文将对这几种方式进行说明，并用jQuery+tornado进行演示，需要说明的是，如果对tornado不了解也没有任何问题，由于tornado的代码非常清晰且易懂，选择tornado是因为其是一个非阻塞的(Non-blocking IO）异步框架（本文使用2.0版本）。

在开始之前，为了让大家有个清晰的认识，首先列出本文所要讲到的内容大概。本文将会分以下几部分：

普通的轮询（Polling)
Comet：基于服务器长连接的“服务器推”技术。这其中又分为两种：
1. 基于AJAX和基于IFrame的流（streaming）方式。
2. 基于AJAX的长轮询（long-polling）方式。
WebSocket

古老的轮询

轮询最简单也最容易实现，每隔一段时间向服务器发送查询，有更新再触发相关事件。对于前端，使用js的setInterval以AJAX或者JSONP的方式定期向服务器发送request。

var polling = function(){
    $.post('/polling', function(data, textStatus){
        $("p").append(data+"<br>");
    });
};
interval = setInterval(polling, 1000);

后端我们只是象征性地随机生成一些数字，并且返回。在实际应用中可以访问cache或者从数据库中获取内容。

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，服务器端不是总有数据更新，所以每次问询不一定都有更新，效率低下；另一方面，当发起请求的客户端数量增加，服务器端的接受的请求数量会大量上升，无形中就增加了服务器的压力。

Comet：基于HTTP长连接的“服务器推”技术

看到这个标题有的人可能就晕了，其实原理还是比较简单的。基于Comet的技术主要分为流（streaming）方式和长轮询（long-polling）方式。

首先看Comet这个单词，很多地方都会说到，它是“彗星”的意思，顾名思义，彗星有个长长的尾巴，以此来说明客户端发起的请求是长连的。即用户发起请求后就挂起，等待服务器返回数据，在此期间不会断开连接。流方式和长轮询方式的区别就是：对于流方式，客户端发起连接就不会断开连接，而是由服务器端进行控制。当服务器端有更新时，刷新数据，客户端进行更新；而对于长轮询，当服务器端有更新返回，客户端先断开连接，进行处理，然后重新发起连接。

会有同学问，为什么需要流（streaming）和长轮询（long-polling）两种方式呢？是因为：对于流方式，有诸多限制。如果使用AJAX方式，需要判断XMLHttpRequest 的 readystate，即readystate==3时（数据仍在传输），客户端可以读取数据，而不用关闭连接。问题也在这里，IE 在 readystate 为 3 时，不能读取服务器返回的数据，所以目前 IE 不支持基于 Streaming AJAX，而长轮询由于是普通的AJAX请求，所以没有浏览器兼容问题。另外，由于使用streaming方式，控制权在服务器端，并且在长连接期间，并没有客户端到服务器端的数据，所以不能根据客户端的数据进行即时的适应（比如检查cookie等等），而对于long polling方式，在每次断开连接之后可以进行判断。所以综合来说，long polling是现在比较主流的做法（如fb，Plurk）。

接下来，我们就来对流（streaming）和长轮询（long-polling）两种方式进行演示。

流（streaming）方式

从上图可以看出每次数据传送不会关闭连接，连接只会在通信出现错误时，或是连接重建时关闭（一些防火墙常被设置为丢弃过长的连接，服务器端可以设置一个超时时间，超时后通知客户端重新建立连接，并关闭原来的连接）。

流方式首先一种常用的做法是使用AJAX的流方式（如先前所说，此方法主要判断readystate==3时的情况，所以不能适用于IE）。

服务器端代码像这样：

class StreamingHandler(tornado.web.RequestHandler):
    '''使用asynchronus装饰器使得post方法变成无阻塞'''
    @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) #生成随机数
        callback(num) #调用回调函数

    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)
        )

对于服务器端，仍然是生成随机数字，由于要不断输出数据，于是在回调函数里延迟3秒，然后继续调用get_data方法。在这里要注意的是，不能使用time.sleep()，由于tornado是单线程的，使用sleep方法会block主线程。因此要调用IOLoop的add_timeout方法（参数0：执行时间戳，参数1：回调函数）。于是服务器端会生成一个随机数字，延迟3秒再生成随机数字，循环往复。

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 模式处理
        var data = request.responseText;
        $("p").append(data.substring(pos)+"<br>");
        pos = data.length;
    }
};
request.open("POST", "/streaming", true);
request.send(null);

对于tornado来说，调用flush方法，会将先前write的所有数据都发送客户端，也就是response的数据处于累加的状态，所以在js脚本里，我们使用了pos变量作为cursor来存放每次flush数据结束位置。

另外一种常用方法是使用IFrame的streaming方式，这也是早先的常用做法。首先我们在页面里放置一个iframe，它的src设置为一个长连接的请求地址。Server端的代码基本一致，只是输出的格式改为HTML，用来输出一行行的Inline Javascript。由于输出就得到执行，因此就少了存储游标（pos）的过程。服务器端代码像这样：

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)
        # 输出的立刻执行，调用父窗口js函数add_content
        self.flush()

        tornado.ioloop.IOLoop.instance().add_timeout(
            time.time()+3,
            lambda: self.get_data(callback=self.on_finish)
        )

在客户端我们只需定义add_content函数：

var add_content = function(str){
    $("p").append(str);
};

由此可以看出，采用IFrame的streaming方式解决了浏览器兼容问题。但是由于传统的Web服务器每次连接都会占用一个连接线程，这样随着增加的客户端长连接到服务器时，线程池里的线程最终也就会用光。因此，Comet长连接只有对于非阻塞异步Web服务器才会产生作用。这也是为什么选择tornado的原因。

使用iframe方式一个问题就是浏览器会一直处于加载状态。

长轮询（long-polling）方式

长轮询是现在最为常用的方式，和流方式的区别就是服务器端在接到请求后挂起，有更新时返回连接即断掉，然后客户端再发起新的连接。于是Server端代码就简单好多，和上面的任务类似：

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)
        ) # 间隔3秒调用回调函数

    def on_finish(self, data):
        self.write("Server says: %d" % data)
        self.finish() # 使用finish方法断开连接

Browser方面，我们封装成一个updater对象：

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;");
    }
};

要启动长轮询只要调用

updater.poll();

可以看到，长轮询与普通的轮询相比更有效率（只有数据更新时才返回数据），减少不必要的带宽的浪费；同时，长轮询又改进了streaming方式对于browser端判断并更新不足的问题。

WebSocket：未来方向

以上不管是Comet的何种方式，其实都只是单向通信，直到WebSocket的出现，才是B/S之间真正的全双工通信。不过目前WebSocket协议仍在开发中，目前Chrome和Safri浏览器默认支持WebSocket，而FF4和Opera出于安全考虑，默认关闭了WebSocket，IE则不支持（包括9），目前WebSocket协议最新的为“76号草案”。有兴趣可以关注http://dev.w3.org/html5/websockets/。

在每次WebSocket发起后，B/S端进行握手，然后就可以实现通信，和socket通信原理是一样的。目前，tornado2.0版本也是实现了websocket的“76号草案”。详细可以参阅文档。我们还是只是在通信打开之后发送一堆随机数字，仅演示之用。

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)

客户端代码也很简单和直观：

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();

总结：本文对Browser和Server端持续同步的方式进行了介绍，并进行了演示。在实际生产中，有一些框架。包括Java的Pushlet，NodeJS的socket.io，大家请自行查阅资料。

本文参考文章：

本文出自残阳似血博文：Browser和Server持续同步的几种方式（jQuery+tornado演示）