系统设计基础之长轮询、WebSocket、服务器发送事件（SSEs）协议

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生活只有两种选择：重新出发，做自己生命的主角;抑或停留在原地，做别人的配角。

• 长轮询、WebSocket和服务器发送事件之间有什么区别?
• Ajax轮询协议
• HTTP长轮询协议
• WebSockets协议
• 服务器发送事件协议(SSEs)
• 总结
  • SSEs协议剖析
  • 客户端DEMO
  • 服务端DEMO

长轮询、WebSocket和服务器发送事件有什么区别

长轮询，WebSocket和服务器发送事件是客户端和服务器(如Web浏览器和Web服务器)之间流行的通信协议。首先，让我们了解标准HTTP Web请求。以下是常规HTTP请求的一系列事件：

1. 客户端打开连接并从服务器请求数据。
2. 服务器计算响应。
3. 服务器根据打开的请求将响应发送回客户端。

Ajax轮询协议

轮询是绝大多数AJAX应用程序使用的一种标准技术。基本思想是客户端反复轮询(或请求)服务器以获取数据。客户端发出请求，并等待服务器响应数据。如果没有可用数据，则返回空响应。

1. 客户端使用常规HTTP打开连接并从服务器请求数据。
2. 所请求的网页以固定间隔将请求发送到服务器(例如0.5秒)。
3. 服务器计算响应并将其发送回，就像常规HTTP流量一样。
4. 客户端定期重复上述三个步骤，以从服务器获取更新。

轮询的问题在于客户端必须不断向服务器询问任何新数据。会照成许多空响应，从而造成HTTP开销。

HTTP长轮询协议

这是传统轮询技术的一种变体，该技术允许服务器在数据可用时将信息推送到客户端。使用Long-Polling，客户端可以像正常轮询一样从服务器请求信息，但是服务器可能不会立即响应。这就是为什么这种技术有时被称为“挂起请求”的原因。

• 如果服务器没有可供客户端使用的任何数据，则服务器将保留请求并等待直到某些数据可用为止，而不是发送空响应。
• 一旦数据可用，完整的响应将发送到客户端。然后，客户端立即从服务器重新请求信息，以便服务器几乎始终具有可用的等待请求，服务器可以使用该请求来响应事件。

使用HTTP Long-Polling的应用程序的基本生命周期如下：

• 客户端使用常规HTTP发出初始请求，然后等待响应。
• 服务器延迟其响应，直到有可用的更新或发生超时为止。
• 当有可用更新时，服务器会将完整的响应发送到客户端。
• 客户端通常会在收到响应后立即发送新的长轮询请求，或者在允许的等待时间的暂停后发送新的长轮询请求。
• 每个长轮询请求都有一个超时。由于超时而关闭连接后，客户端必须定期重新连接。

WebSockets协议

WebSocket提供全双工单个TCP连接上的通信通道。它提供了客户端和服务器之间的持久连接，双方都可以使用该连接随时开始发送数据。客户端通过称为WebSocket握手的过程建立WebSocket连接。如果该过程成功，则服务器和客户端可以随时在两个方向上交换数据。WebSocket协议使客户端和服务器之间的通信具有较低的开销，从而促进了与服务器之间的实时数据传输。通过提供一种标准化的方法，使服务器无需客户端询问即可将内容发送到浏览器，并允许消息在保持连接打开的情况下来回传递。

服务器发送事件协议(SSEs)

在SSEs下，客户端与服务器建立持久的长期连接。服务器使用此连接将数据发送到客户端。如果客户端要向服务器发送数据，则需要使用另一种技术/协议。

1. 客户端使用常规HTTP向服务器请求数据。
2. 所请求的网页将打开与服务器的连接。
3. 只要有新信息可用，服务器就会将数据发送到客户端。

当我们需要从服务器到客户端的实时流量，或者服务器正在循环生成数据并将向客户端发送多个事件时，SSEs最好。

总结

常见的前后端消息通信协议如下：

• 传统的轮询协议
• Http长轮询协议
• WebSockets协议
• SSEs协议

SSEs协议剖析

其中除了SSEs协议，其他方法大家都很熟悉了，再来看看SSEs到底是个啥?

SSE，即 Server-Sent Events，又叫 EventSource，是一种已被写入 HTML 5 标准的服务端事件推送技术，它允许客户端和服务端之间建立一个单向通道，以让服务端向客户端单方向持续推送事件消息，SSE 适用于不需要从客户端发送数据，但要通过某些服务器操作进行更新的场景，例如股票行情、共享设施更新、好友状态更新等。

上面已经简介过其大致流程了，简单说，所谓SSE，就是浏览器向服务器发送一个HTTP请求，然后服务器不断单向地向浏览器推送“信息”(message)。这种信息在格式上很简单，就是“信息”加上前缀“data: ”，然后以“\n\n”结尾。

SSE与WebSocket有相似功能，都是用来建立浏览器与服务器之间的通信渠道。

两者的对比如下：

客户端DEMO

<script type="text/javascript"> 
    if (!!window.EventSource) { 
        var source = new EventSource('push'); 
        //打开连接 
        source.addEventListener('open', function (evt) { 
            // console.info("连接已经打开了"); 
        }, false); 
        //接收消息 
        source.addEventListener('message', function (evt) { 
            console.info(evt.data); 
        }); 
        //错误消息,及关闭通知 
        source.addEventListener('error', function (evt) { 
            // console.info(evt); 
        }, false); 
    } else { 
        alert("浏览器不支持  SSE") 
    } 
</script> 

服务端DEMO

首先向客户端声明接下来发送的是事件流text/event-stream类型的数据，然后就可以向客户端多次发送消息。事件流是一个简单的文本流，仅支持 UTF-8 格式的编码。每条消息以一个空行作为分隔符。

@RestController 
public class SSEsController { 
     //向浏览器发送数据 
    @RequestMapping(value = "/push", produces = "text/event-stream") 
    public String push() throws InterruptedException { 
        String msg = ...; 
        //固定格式 
        return "data:" + msg + "\n\n"; 
    } 
} 

SpringBoot 利用 SseEmitter 来支持 sse，无需上面繁琐的代码，有兴趣的可以自行百度

本文大部分篇幅是翻译的国外文章:

• Grokking the System Design Interview by Design Gurus
• https://www.html5rocks.com/en/tutorials/eventsource/basics/
• https://blog.csdn.net/beng_shakalaka/article/details/80792660