Comet基于HTTP长连接的“服务器推”技术

Comet：基于HTTP长连接的“服务器推”技术级别：中级周婷(mailto:[e-mail]?subject=Comet：基于HTTP长连接的“服务器推”技术),软件工程师,IBM中国软件开发技术实验室2007年8月31日很多应用譬如监控、即时通信、即时报价系统都需要将后台发生的变化实时传送到客户端而无须客户端不停地刷新、发送请求。本文首先介绍、比较了常用的“服务器推”方案，着重介绍了Comet－使用HTTP长连接、无须浏览器安装插件的两种“服务器推”方案：基于AJAX的长轮询方式；基于iframe及htmlfile的流方式。最后分析了开发Comet应用需要注意的一些问题，以及如何借助开源的Comet框架－pushlet构建自己的“服务器推”应用。“服务器推”技术的应用传统模式的Web系统以客户端发出请求、服务器端响应的方式工作。这种方式并不能满足很多现实应用的需求，譬如：监控系统：后台硬件热插拔、LED、温度、电压发生变化；即时通信系统：其它用户登录、发送信息；即时报价系统：后台数据库内容发生变化；这些应用都需要服务器能实时地将更新的信息传送到客户端，而无须客户端发出请求。“服务器推”技术在现实应用中有一些解决方案，本文将这些解决方案分为两类：一类需要在浏览器端安装插件，基于套接口传送信息，或是使用RMI、CORBA进行远程调用；而另一类则无须浏览器安装任何插件、基于HTTP长连接。将“服务器推”应用在Web程序中，首先考虑的是如何在功能有限的浏览器端接收、处理信息：1.客户端如何接收、处理信息，是否需要使用套接口或是使用远程调用。客户端呈现给用户的是HTML页面还是Javaapplet或Flash窗口。如果使用套接口和远程调用，怎么和JavaScript结合修改HTML的显示。2.客户与服务器端通信的信息格式，采取怎样的出错处理机制。3.客户端是否需要支持不同类型的浏览器如IE、Firefox，是否需要同时支持Windows和Linux平台。基于客户端套接口的“服务器推”技术FlashXMLSocket如果Web应用的用户接受应用只有在安装了Flash播放器才能正常运行，那么使用Flash的XMLSocket也是一个可行的方案。这种方案实现的基础是：1.Flash提供了XMLSocket类。2.JavaScript和Flash的紧密结合：在JavaScript可以直接调用Flash程序提供的接口。具体实现方法：在HTML页面中内嵌入一个使用了XMLSocket类的Flash程序。JavaScript通过调用此Flash程序提供的套接口接口与服务器端的套接口进行通信。JavaScript在收到服务器端以XML格式传送的信息后可以很容易地控制HTML页面的内容显示。关于如何去构建充当了JavaScript与FlashXMLSocket桥梁的Flash程序，以及如何在JavaScript里调用Flash提供的接口，我们可以参考AFLAX（AsynchronousFlashandXML）项目提供的SocketDemo以及SocketJS（请参见参考资源）。Javascript与Flash的紧密结合，极大增强了客户端的处理能力。从Flash播放器V7.0.19开始，已经取消了XMLSocket的端口必须大于1023的限制。Linux平台也支持FlashXMLSocket方案。但此方案的缺点在于：1.客户端必须安装Flash播放器；2.因为XMLSocket没有HTTP隧道功能，XMLSocket类不能自动穿过防火墙；3.因为是使用套接口，需要设置一个通信端口，防火墙、代理服务器也可能对非HTTP通道端口进行限制；不过这种方案在一些网络聊天室，网络互动游戏中已得到广泛使用。JavaApplet套接口在客户端使用JavaApplet，通过java.net.Socket或java.net.DatagramSocket或java.net.MulticastSocket建立与服务器端的套接口连接，从而实现“服务器推”。这种方案最大的不足在于Javaapplet在收到服务器端返回的信息后，无法通过JavaScript去更新HTML页面的内容。基于HTTP长连接的“服务器推”技术Comet简介浏览器作为Web应用的前台，自身的处理功能比较有限。浏览器的发展需要客户端升级软件，同时由于客户端浏览器软件的多样性，在某种意义上，也影响了浏览器新技术的推广。在Web应用中，浏览器的主要工作是发送请求、解析服务器返回的信息以不同的风格显示。AJAX是浏览器技术发展的成果，通过在浏览器端发送异步请求，提高了单用户操作的响应性。但Web本质上是一个多用户的系统，对任何用户来说，可以认为服务器是另外一个用户。现有AJAX技术的发展并不能解决在一个多用户的Web应用中，将更新的信息实时传送给客户端，从而用户可能在“过时”的信息下进行操作。而AJAX的应用又使后台数据更新更加频繁成为可能。图1.传统的Web应用模型与基于AJAX的模型之比较“服务器推”是一种很早就存在的技术，以前在实现上主要是通过客户端的套接口，或是服务器端的远程调用。因为浏览器技术的发展比较缓慢，没有为“服务器推”的实现提供很好的支持，在纯浏览器的应用中很难有一个完善的方案去实现“服务器推”并用于商业程序。最近几年，因为AJAX技术的普及，以及把IFrame嵌在“htmlfile“的ActiveX组件中可以解决IE的加载显示问题，一些受欢迎回页首的应用如meebo，gmail+gtalk在实现中使用了这些新技术；同时“服务器推”在现实应用中确实存在很多需求。因为这些原因，基于纯浏览器的“服务器推”技术开始受到较多关注，AlexRussell（DojoToolkit的项目Lead）称这种基于HTTP长连接、无须在浏览器端安装插件的“服务器推”技术为“Comet”。目前已经出现了一些成熟的Comet应用以及各种开源框架；一些Web服务器如Jetty也在为支持大量并发的长连接进行了很多改进。关于Comet技术最新的发展状况请参考关于Comet的wiki。下面将介绍两种Comet应用的实现模型。基于AJAX的长轮询（long-polling）方式如图1所示，AJAX的出现使得JavaScript可以调用XMLHttpRequest对象发出HTTP请求，JavaScript响应处理函数根据服务器返回的信息对HTML页面的显示进行更新。使用AJAX实现“服务器推”与传统的AJAX应用不同之处在于：1.服务器端会阻塞请求直到有数据传递或超时才返回。2.客户端JavaScript响应处理函数会在处理完服务器返回的信息后，再次发出请求，重新建立连接。3.当客户端处理接收的数据、重新建立连接时，服务器端可能有新的数据到达；这些信息会被服务器端保存直到客户端重新建立连接，客户端会一次把当前服务器端所有的信息取回。图2.基于长轮询的服务器推模型一些应用及示例如“Meebo”,“PushletChat”都采用了这种长轮询的方式。相对于“轮询”（poll），这种长轮询方式也可以称为“拉”（pull）。因为这种方案基于AJAX，具有以下一些优点：请求异步发出；无须安装插件；IE、MozillaFireFox都支持AJAX。在这种长轮询方式下，客户端是在XMLHttpRequest的readystate为4（即数据传输结束）时调用回调函数，进行信息处理。当readystate为4时，数据传输结束，连接已经关闭。MozillaFirefox提供了对StreamingAJAX的支持，即readystate为3时（数据仍在传输中），客户端可以读取数据，从而无须关闭连接，就能读取处理服务器端返回的信息。IE在readystate为3时，不能读取服务器返回的数据，目前IE不支持基于StreamingAJAX。基于Iframe及htmlfile的流（streaming）方式iframe是很早就存在的一种HTML标记，通过在HTML页面里嵌入一个隐蔵帧，然后将这个隐蔵帧的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。图3.基于流方式的服务器推模型上节提到的AJAX方案是在JavaScript里处理XMLHttpRequest从服务器取回的数据，然后Javascript可以很方便的去控制HTML页面的显示。同样的思路用在iframe方案的客户端，iframe服务器端并不返回直接显示在页面的数据，而是返回对客户端Javascript函数的调用，如“scripttype=text/javascriptjs_func(“datafromserver”)/script”。服务器端将返回的数据作为客户端JavaScript函数的参数传递；客户端浏览器的Javascript引擎在收到服务器返回的JavaScript调用时就会去执行代码。从图3可以看到，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）。使用iframe请求一个长连接有一个很明显的不足之处：IE、MorzillaFirefox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，并将这种方法用到了gmail+gtalk产品中。AlexRussell在“Whatelseisburrieddowninthedepth'sofGoogle'samazingJavaScript?”文章中介绍了这种方法。Zeitoun网站提供的comet-iframe.tar.gz，封装了一个基于iframe和htmlfile的JavaScriptcomet对象，支持IE、MozillaFirefox浏览器，可以作为参考。（请参见参考资源）使用Comet模型开发自己的应用上面介绍了两种基于HTTP长连接的“服务器推”架构，更多描述了客户端处理长连接的技术。对于一个实际的应用而言，系统的稳定性和性能是非常重要的。将HTTP长连接用于实际应用，很多细节需要考虑。不要在同一客户端同时使用超过两个的HTTP长连接我们使用IE下载文件时会有这样的体验，从同一个Web服务器下载文件，最多只能有两个文件同时被下载。第三个文件的下载会被阻塞，直到前面下载的文件下载完毕。这是因为HTTP1.1规范中规定，客户端不应该与服务器端建立超过两个的HTTP连接，新的连接会被阻塞。而IE在实现中严格遵守了这种规定。HTTP1.1对两个长连接的限制，会对使用了长连接的Web应用带来如下现象：在客户端如果打开超过两个的IE窗口去访问同一个使用了长连接的Web服务器，第三个IE窗口的HTTP请求被前两个窗口的长连接阻塞。所以在开发长连接的应用时，必须注意在使用了多个frame的页面中，不要为每个frame的页面都建立一个HTTP长连接，这样会阻塞其它的HTTP请求，在设计上考虑让多个frame的更新共用一个长连接。服务器端的性能和可扩展性回页首一般Web服务器会为每个连接创建一个线程，如果在大型的商业应用中使用Comet，服务器端需要维护大量并发的长连接。在这种应用背景下，服务器端需要考虑负载均衡和集群技术；或是在服务器端为长连接作一些改进。应用和技术的发展总是带来新的需求，从而推动新技术的发展。HTTP1.1与1.0规范有一个很大的不同：1.0规范下服务器在处理完每个Get/Post请求后会关闭套接口连接；而1.1规范下服务器会保持这个连接，在处理两个请求的间隔时间里，这个连接处于空闲状态。Java1.4引入了支持异步IO的java.nio包。当连接处于空闲时，为这个连接分配的线程资源会返还到线程池，可以供新的连接使用；当原来处于空闲的连接的客户发出新的请求，会从线程池里分配一个线程资源处理这个请求。这种技