一、前言

如今，Web 應用愈發(fā)復雜，用戶對實時交互體驗的要求也越來越高，比如：社媒的即時通訊、大屏的數(shù)據(jù)更新、實時消息的提醒等，這些都表明實時交互已成高品質(zhì)應用的必備特性。而作為開發(fā)者，我們常面對復雜的開發(fā)環(huán)境，要應對即時通訊與數(shù)據(jù)實時更新的問題。那么，該如何精準高效實現(xiàn)這些功能呢？我們將共同探討下，輪詢、Web Socket 、SSE（Server-Sent Events） 三種解決方案，最終根據(jù)當下場景選出最優(yōu)方案，打造更為出色的產(chǎn)品。

二、方案一：輪詢（Polling）

1. 短輪詢

實現(xiàn)短輪詢，我們可以采用定時器的方式來實現(xiàn)，讓客戶端每隔較短固定時間就向服務端發(fā)起請求，無論服務器有無新消息，都會正常給予回應。
短輪詢的優(yōu)劣勢一目了然。優(yōu)勢在于，容易理解、實現(xiàn)過程簡便，同時兼容性又很好，在幾乎所有支持 HTTP 協(xié)議的瀏覽器及服務器環(huán)境都能很好的運行短輪詢。不過，缺點也非常顯而易見。當按照很短的固定時間間隔去頻繁請求數(shù)據(jù)，如果此時的數(shù)據(jù)并未更新，這些請求就成了無效請求，但是每一個無效的請求都得完成 HTTP 建立連接的一系列流程，像三次握手 、 四次揮手 ，這無疑造成了不必要的資源浪費。同時也是由于按固定間隔請求，數(shù)據(jù)更新也可能會存在延遲的現(xiàn)象，在要求實時性的場景下就不滿足了。

2. 長輪詢

相對于短輪詢，長輪詢的實現(xiàn)過程會復雜一些。首先，同樣是由客戶端向服務端發(fā)送HTTP請求后，不過與短輪詢的差別在于，服務器接到請求后并不即刻返回響應，而是選擇將該請求暫時掛起，靜靜等待數(shù)據(jù)更新，或是直至達到特定的超時時間（這個超時時間通常比短輪詢間隔長）。在等待期間，如果有數(shù)據(jù)更新了，就會立即將新數(shù)據(jù)返回給客戶端，若一直未等到數(shù)據(jù)更新，直到達到超時時間，服務器才返回一個空響應或者告知客戶端無新數(shù)據(jù)?？蛻舳耸盏巾憫?，無論是否有新數(shù)據(jù)，都會立即再次發(fā)起新的長輪詢請求，如此循環(huán)往復。

這種長輪詢方式相較短輪詢存在一定優(yōu)勢，首先減少了無效請求的次數(shù)，因為只有在數(shù)據(jù)更新的時候，服務器才會響應，實時性得到了增強，也同時在一定程度上節(jié)省了網(wǎng)絡資源。長輪詢雖然減少了無效請求，但是長時間掛起的請求仍會占用服務器的內(nèi)存、線程等關(guān)鍵資源。若同時存在大量長輪詢請求，且長時間處于等待數(shù)據(jù)更新狀態(tài)，服務器資源可能會被大量消耗，同樣可能引發(fā)性能問題。

由此可見， 無論是運用長輪詢還是短輪詢策略，在對實時性有著嚴格要求的場景之下這都不是一個非常好的方案。一方面，頻繁的無效請求以及長時間掛起的連接，極易造成服務器資源的浪費。另一方面，由于輪詢時間間隔的固定性，一旦設置的不合理，就可能錯失數(shù)據(jù)更新的最佳時機，無法及時將關(guān)鍵信息推送給客戶端，導致實時交互出現(xiàn)延遲。

三、方案二：Web Socket

Web Socket 是一種基于單個 TCP 連接的協(xié)議，擁有實現(xiàn) 全雙工 通信的能力。它讓客戶端和服務端可以雙向、實時傳輸數(shù)據(jù)，擺脫了傳統(tǒng) HTTP 請求那種請求 - 響應模式的限制。有了 Web Socket，服務器能隨時主動給客戶端推送消息，客戶端也能馬上向服務器發(fā)數(shù)據(jù)，就如同構(gòu)建起了一條實時雙向通道。

1.Web Socket通信原理

握手階段

初始請求階段

• 首先，我們可以從下圖實現(xiàn)效果中看出來，起始于客戶端向服務端發(fā)送了一個HTTP請求，但這個請求和常規(guī)的HTTP請求又不太一致，他包含了兩個特殊的請求頭， Upgrade: websocket  和  Connection: Upgrade。
• Upgrade: websocket 像是一個信號，它的作用就是用來告知服務器，客戶端希望將當前的通信協(xié)議從 HTTP升級為Web Socket協(xié)議。
• Connection: Upgrade 是與Upgrade: websocket 進行配合使用的，它的作用是告訴服務器，不要把這個請求當作普通的 HTTP 請求來處理，而是要關(guān)注 “Upgrade” 請求頭中的內(nèi)容，按照要求進行協(xié)議的升級。

服務器響應階段

服務器收到客戶端的升級請求后，如果支持 Web Socket 協(xié)議，就會返回一個響應來完成握手過程。響應狀態(tài)碼通常是 101，表示 協(xié)議切換。響應頭也會包含和客戶端請求對應的 Upgrade 和 Connection 字段，確認連接升級。Sec - WebSocket - Accept ，它是根據(jù)客戶端請求中的 Sec - WebSocket - Key 生成的，用于安全驗證。通過這個握手過程，雙方就建立了一個穩(wěn)定的 Web Socket 連接這樣，這個連接是基于 TCP的，為后續(xù)的雙向通信做好了準備。

數(shù)據(jù)傳輸階段

我們從下圖中可以看出，Web socket全雙工通道的特點，客戶端可以向服務端主動發(fā)送消息，服務端也可以推送數(shù)據(jù)到服務端。具體的數(shù)據(jù)格式，我們可以通過抓包軟件來進行抓包看下。

連接維護和關(guān)閉階段

在整個通信過程中，Web Socket 協(xié)議要求客戶端和服務器都要維護連接的狀態(tài)。連接狀態(tài)包括連接是否打開、正在關(guān)閉或者已經(jīng)關(guān)閉等?？蛻舳撕头掌魍ㄟ^心跳機制（發(fā)送周期性的小數(shù)據(jù)包來檢測對方是否還在線）或者其他自定義的連接檢測方法來確保連接的穩(wěn)定性。

當需要關(guān)閉 WebSocket 連接時，無論是客戶端還是服務器都可以發(fā)起關(guān)閉請求。關(guān)閉請求也是通過發(fā)送一個特定的幀（關(guān)閉幀）來實現(xiàn)的。對方在收到關(guān)閉幀后，會進行一些必要的清理工作，如釋放資源等，然后關(guān)閉連接。

2.示例

模擬客戶端代碼

<div id="app">
  <input v-model="message" placeholder="輸入要發(fā)送的消息" />
  <button @click="sendMessage">發(fā)送消息</button>
  <div>
    <h3>收到的回復記錄：</h3>
    <ul>
      <li v-for="(msg, index) in receivedMessages" :key="msg">{{ msg }}</li>
    </ul>
  </div>
</div>
 
<script>
  const app = new Vue({
    el: "#app",
    data() {
      return {
        message: "",
        receivedMessages: [], // 新增數(shù)組用于存儲所有收到的消息
        socket: null,
      };
    },
    mounted() {
      // 創(chuàng)建WebSocket連接，這里的地址要和后端服務器監(jiān)聽的地址對應，這里假設后端在本地3000端口
      this.socket = new WebSocket("ws://localhost:3000");
      // 連接成功時觸發(fā)的事件
      this.socket.addEventListener("open", () => {
        console.log("已連接到WebSocket服務器");
      });
      // 接收服務器發(fā)送消息的事件
      this.socket.addEventListener("message", (event) => {
        const receivedMsg = event.data;
        this.receivedMessages.push(receivedMsg); // 將收到的消息添加到數(shù)組中
      });
      // 連接關(guān)閉時觸發(fā)的事件
      this.socket.addEventListener("close", () => {
        console.log("與WebSocket服務器的連接已關(guān)閉");
      });
    },
    methods: {
      sendMessage() {
        if (this.socket.readyState === WebSocket.OPEN) {
          this.socket.send(this.message);
          this.message = "";
        } else {
          console.log("WebSocket連接未就緒，無法發(fā)送消息");
        }
      },
    },
  });
</script>

模擬服務端發(fā)送請求

注意：下方代碼中，定時器僅用來模擬，在實際業(yè)務中應該替換為業(yè)務代碼

const WebSocket = require('ws');
 
// 創(chuàng)建WebSocket服務器實例，監(jiān)聽在3000端口，你可以根據(jù)需求修改端口號
const wss = new WebSocket.Server({ port: 3000 });
 
// 用于存儲已連接的客戶端WebSocket實例，方便后續(xù)向所有客戶端發(fā)送消息等操作
const clients = [];
 
// 當有客戶端連接時觸發(fā)的事件
wss.on('connection', (ws) => {
  console.log('客戶端已連接');
  clients.push(ws);
 
  // 接收客戶端發(fā)送的消息
  ws.on('message', (message) => {
    console.log(`收到客戶端消息: ${message}`);
    // 這里簡單地將收到的消息加上一個后綴后再發(fā)回客戶端
    const responseMessage = `你發(fā)送的消息是：${message}`;
    ws.send(responseMessage);
  });
 
  // 當客戶端關(guān)閉連接時觸發(fā)的事件
  ws.on('close', () => {
    console.log('客戶端已斷開連接');
    const index = clients.indexOf(ws);
    if (index > -1) {
      clients.splice(index, 1);
    }
  });
});
 
// 【注意： 模擬一個定時任務，每隔1秒向所有已連接的客戶端發(fā)送一條消息，你可以編寫自己的業(yè)務代碼】
setInterval(() => {
  const messageToSend = '這是服務端主動發(fā)送的消息，當前時間：' + new Date().toLocaleString();
  clients.forEach((client) => {
    if (client.readyState === WebSocket.OPEN) {
      client.send(messageToSend);
    }
  });
}, 1000);
 
console.log('WebSocket服務器已啟動，正在監(jiān)聽3000端口...');

實現(xiàn)效果

3.特點

相較于傳統(tǒng)的 HTTP 請求，Web Socket 在實時性方面展現(xiàn)出了卓越優(yōu)勢，它打破了以往被動等待響應的模式，服務器得以實時且主動地將數(shù)據(jù)推送至客戶端。在面對高實時性的場景下，大大的提升了用戶體驗。并且只需建立一次 TCP 連接，后續(xù)數(shù)據(jù)傳輸高效便捷，既減少了網(wǎng)絡帶寬的無謂占用，又減輕了服務器頻繁處理連接請求的負擔。然而，當應用場景出現(xiàn)變化，假設客戶端僅僅是獲取服務端推送的消息，自身并無向服務端發(fā)送信息的需求，此時，我們可以考慮下 SSE（Server-Sent Events）這個方案。

四、方案三：SSE

SSE（Server-Sent Events） 同樣具備了服務端主動向客戶端推送數(shù)據(jù)的能力，而無需客戶端不斷地發(fā)起請求。與Web Socket不同的是，SSE 是基于 HTTP 協(xié)議的，使用的是單向通信， 而Web Socket是基于TCP協(xié)議的，使用的話雙向通信。

1.SSE通信原理

客戶端發(fā)起請求

客戶端需要發(fā)送一個特定的請求告知服務器準備接收事件。在傳統(tǒng)的 HTTP 請求 - 響應模式中，一次請求完成后連接通常會關(guān)閉，但 SSE 通過在服務器端和客戶端設置特定的頭部信息，讓連接持續(xù)開啟。例如：設置了Content - Type頭部為text/event - stream，并設置Cache - Control為no - cache以及Connection為keep - alive，這樣告知客戶端，這是一個 SSE 連接，數(shù)據(jù)會持續(xù)推送，并且不需要緩存數(shù)據(jù)?？蛻舳酥恍柘蚍掌靼l(fā)送一個普通的 HTTP 請求，指向服務器端提供 SSE 服務的特定端點就行，例如/events，就可以順利開啟SSE連接。

服務器響應請求

服務器收到客戶端請求后，會維持一個長連接，并且定期向客戶端發(fā)送事件數(shù)據(jù)。每個事件都是通過特定的格式（例如 data:\n\n）發(fā)送給客戶端的。

客戶端接收數(shù)據(jù)

客戶端通過 JavaScript 的 EventSource 對象接收從服務器推送過來的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以是普通文本，也可以是 JSON 格式的對象，取決于服務器如何發(fā)送。

事件流的關(guān)閉

一旦不再需要推送數(shù)據(jù)，比如客戶端主動關(guān)閉連接，又或是中途出現(xiàn)錯誤，導致無法繼續(xù)推送時，服務器便會果斷關(guān)閉連接。

2.示例

服務端，使用express框架為例

注意：下方代碼中，定時器僅用來模擬，在實際業(yè)務中應該替換為業(yè)務代碼

const express = require('express');
const app = express();
const port = 3000;
 
// 設置響應頭，表明這是一個SSE流
app.get('/events', (req, res) => {
    res.setHeader('Content-Type','text/event-stream');
    res.setHeader('Cache-Control', 'no-cache');
    res.setHeader('Connection', 'keep-alive');
 
    // 【注意：模擬定時發(fā)送數(shù)據(jù)（實際應用中需要根據(jù)真實業(yè)務邏輯觸發(fā)發(fā)送）?。。　?
    const interval = setInterval(() => {
        const data = `data: { "time": "${new Date().toLocaleString()}"}\n\n`;
        res.write(data);
    }, 3000);
 
    // 當客戶端關(guān)閉連接時，清除定時器
    req.on('close', () => {
        clearInterval(interval);
    });
});
 
app.listen(port, () => {
    console.log(`服務器運行在 http://localhost:${port}`);
});

模擬客戶端代碼

mounted() {
  const source = new EventSource('http://localhost:3000/events');
  source.onmessage = (event) => {
      const data = JSON.parse(event.data); // data 就是發(fā)送的消息
      this.message = data.message;
  };
  source.onerror = (error) => {
      console.log('SSE連接出錯：', error);
  };
}

實現(xiàn)效果

3.特點

對于SSE來說，優(yōu)勢上在于簡單易用，客戶端用 EventSource可以接收，服務器端定期發(fā)數(shù)據(jù)即可推送。且單向通信、基于長連接，服務器資源消耗低。不過，SSE 是有局限的。只能夠進行單向通信，現(xiàn)代瀏覽器大多支持，但是IE或者舊版本瀏覽器不支持。SSE 只支持文本格式的數(shù)據(jù)流，不支持二進制數(shù)據(jù)傳輸。總之，SSE 在合適場景能發(fā)揮優(yōu)勢，支撐實時數(shù)據(jù)推送需求。

五、總結(jié)

上述文章中，介紹了輪詢、Web Socket、SSE 三種方案。適合的場景也有一些差別，例如：輪詢的方式可以在更新頻率不高的場景下使用、Web Socket可以在需要雙向交互的場景下使用、SSE適用于服務器到客戶端的單向數(shù)據(jù)流的場景下使用。開發(fā)者可以根據(jù)場景選擇最優(yōu)方案，提升產(chǎn)品實時交互體驗。

以上就是JavaScript前端巧妙實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時更新詳解的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于JavaScript數(shù)據(jù)實時更新的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！