客户端与服务端长连接的几种方式

一、ajax 轮询

实现原理:ajax 轮询指客户端每间隔一段时间向服务端发起请求,保持数据的同步。

优点:可实现基础(指间隔时间较短)的数据更新。

缺点:这种方法也只是尽量的模拟即时传输,但并非真正意义上的即时通讯,很有可能出现客户端请求时,服务端数据并未更新。或者服务端数据已更新,但客户端未发起请求。导致多次请求资源浪费,效率低下。

二、long poll 长轮询

实现原理:

long poll 指的是客户端发送请求之后,如果没有数据返回,服务端会将请求挂起放入队列(不断开连接)处理其他请求,直到有数据返回给客户端。然后客户端再次发起请求,以此轮询。在 HTTP1.0 中客户端可以设置请求头 Connection:keep-alive,服务端收到该请求头之后知道这是一个长连接,在响应报文头中也添加 Connection:keep-alive。客户端收到之后表示长连接建立完成,可以继续发送其他的请求。在 HTTP1.1 中默认使用了 Connection:keep-alive 长连接。

优点:减少客户端的请求,降低无效的网络传输,保证每次请求都有数据返回,不会一直占用线程。

缺点:无法处理高并发,当客户端请求量大,请求频繁时对服务器的处理能力要求较高。服务器一直保持连接会消耗资源,需要同时维护多个线程,服务器所能承载的 TCP 连接数是有上限的,这种轮询很容易把连接数顶满。每次通讯都需要客户端发起,服务端不能主动推送。

三、iframe 长连接

实现原理:
在网页上嵌入一个 iframe 标签,该标签的 src 属性指向一个长连接请求。这样服务端就可以源源不断地给客户端传输信息。保障信息实时更新。

优点:消息及时传输。

缺点:消耗服务器资源。

四、WebSocket

实现原理:

Websocket 实现了客户端与服务端的双向通信,只需要连接一次,就可以相互传输数据,很适合实时通讯、数据实时更新等场景。

Websocket 协议与 HTTP 协议没有关系,它是一个建立在 TCP 协议上的全新协议,为了兼容 HTTP 握手规范,在握手阶段依然使用 HTTP 协议,握手完成之后,数据通过 TCP 通道进行传输。

Websoket 数据传输是通过 frame 形式,一个消息可以分成几个片段传输。这样大数据可以分成一些小片段进行传输,不用考虑由于数据量大导致标志位不够的情况。也可以边生成数据边传递消息,提高传输效率。

与 HTTP 的区别:
以下是一个 WebSoket 协议的请求响应报文头,与 HTTP 协议的区别是:

URL是以 ws: 开头,如果是对应的 HTTPS,则以 wss: 开头。WebSocket 使用 ws 或 wss 为统一资源标志符,其中 wss 表示在 TLS 之上的 Websocket。

Status Code:101。该状态码表示协议切换。服务器返回了 101 ,表示没有释放 TCP 连接。WebSoket 协议握手阶段还是依赖于 HTTP 协议,到数据传输阶段便切换协议。

Conection:upgrade,表示协议升级。在 HTTP 协议中,该请求头有两个值,一个是 close , HTTP/1.0 默认值,表示客户端或服务端想要关闭连接。另一个是 keep-alive,HTTP/1.1 默认值,表示长连接。

以下头部字段是只有 WebSocket 协议才有的字段。
请求头:
Sec-WebSocket-Extension:表示客户端协商的拓展特性。
Sec-WebSocket-Key:是一个 Base64 encode 的密文,由浏览器随机生成,用来验证是否是 WebSocket 协议。
Sec-WebSocket-Version:表示 WebSocket 协议版本。

响应头:
Sec-WebSocket-Extension:表示服务端支持的拓展特性。
Sec-WebSocket-Accept:与客户端的 Sec-WebSocket-Key 相对应,是经过服务器确认,加密过后的 Sec-WebSocket-Key。

优点:

双向通信。客户端和服务端双方都可以主动发起通讯。
没有同源限制。客户端可以与任意服务端通信,不存在跨域问题。
数据量轻。第一次连接时需要携带请求头,后面数据通信都不需要带请求头,减少了请求头的负荷。
传输效率高。因为只需要一次连接,所以数据传输效率高。
缺点:

长连接需要后端处理业务的代码更稳定,推送消息相对复杂;
长连接受网络限制比较大,需要处理好重连。
兼容性,WebSocket 只支持 IE10 及其以上版本。
服务器长期维护长连接需要一定的成本,各个浏览器支持程度不一;
成熟的 HTTP 生态下有大量的组件可以复用,WebSocket 则没有,遇到异常问题难以快速定位快速解决。

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