WebSocket服務(wù)器推送技術(shù)的研究

張 玲，張翠肖

（石家莊鐵道大學 信息科學與技術(shù)學院，河北 石家莊 050043）

隨著Internet技術(shù)的不斷發(fā)展，基于HTTP協(xié)議的Web應(yīng)用成為人們從互聯(lián)網(wǎng)上獲取大量信息的主要途徑。傳統(tǒng)基于HTTP協(xié)議的Web應(yīng)用采用的是“請求—應(yīng)答”模式，以客戶端發(fā)出請求，服務(wù)器端響應(yīng)請求的方式工作。而HTTP協(xié)議是無狀態(tài)的，客戶端向服務(wù)器端發(fā)送一次請求就建立一次TCP連接，即客戶端向服務(wù)器端發(fā)送請求，服務(wù)器端處理客戶端發(fā)送的請求并做出響應(yīng)，此時TCP連接斷開。當用戶需要獲取新的數(shù)據(jù)時，必須重新建立TCP連接，因此無法將最新的消息及時的傳送給客戶端［1］。現(xiàn)如今對Web應(yīng)用中數(shù)據(jù)的實時性要求越來越高，能夠及時的獲取最新消息的服務(wù)器推送技術(shù)就顯得越來越重要。傳統(tǒng)的基于HTTP協(xié)議的Web應(yīng)用不能滿足客戶的需求，HTML5標準中提出的WebSocket通信協(xié)議提供了一條客戶端與服務(wù)器端的基于TCP的雙向通道，可同時在客戶端與服務(wù)器端傳送數(shù)據(jù)，使建立的實時Web應(yīng)用更高效［2］。

1 服務(wù)器推送技術(shù)

1.1 服務(wù)器推送技術(shù)概述

服務(wù)器推送技術(shù)的基本思想是在客戶端與服務(wù)器端建立長連接，服務(wù)器端主動將更新的數(shù)據(jù)及時的發(fā)送到客戶端，而不需要客戶端發(fā)送請求。

1.2 現(xiàn)有服務(wù)器推送技術(shù)

1.2.1 HTML refresh

最簡單的方法就是HTML refresh，即刷新。原理是不管服務(wù)器端的數(shù)據(jù)是否有更新，客戶端都不停的向服務(wù)端發(fā)送請求，當服務(wù)器端數(shù)據(jù)發(fā)生變化時就可以及時的傳送到客戶端。該方法利用HTML中的＜meta＞標簽，設(shè)置文件的自動刷新頻率［1］。例如＜META HTTP－EQUIV＝“Refresh”CONTENT＝“3；URL＝http：//www.baidu.com”＞，意思是每隔3s刷新一次百度頁面。

1.2.2 基于插件的服務(wù)器推送技術(shù)

基于插件的服務(wù)器推送技術(shù)可利用的瀏覽器插件有ActiveX、Applet和Flash［1］。推送原理是在客戶端瀏覽器安裝插件，插件在瀏覽器頁面打開的同時被初始化，并與服務(wù)器端建立TCP連接，使用套接口傳送數(shù)據(jù)信息或是使用MRI、CORBA進行遠程調(diào)用，來實現(xiàn)服務(wù)器端向客戶端主動的發(fā)送數(shù)據(jù)。

1.2.3 無插件的服務(wù)器推送技術(shù)

無插件服務(wù)器推送技術(shù)的原理是在HTTP的頭信息中添加Connection屬性，設(shè)置Connection的屬性值為Keep－Alive，建立客戶端與服務(wù)器端的長連接，服務(wù)器會主動的將最新的數(shù)據(jù)及時發(fā)送給客戶端而不需要客戶端向服務(wù)器端發(fā)送請求［3，4］。例如輪詢、長輪詢、Comet。

由上述可知，刷新雖然可以自動發(fā)送請求但刷新的是整個頁面，而我們需要的只是部分數(shù)據(jù)，重復(fù)的刷新整個頁面會造成資源的浪費；使用有插件的服務(wù)器推送技術(shù)，瀏覽器必須先安裝插件，這樣操作系統(tǒng)和插件的兼容性不同會給用戶帶來很大麻煩；無插件的服務(wù)器推送技術(shù)，需要服務(wù)器與瀏覽器建立長連接，當有大量的用戶與服務(wù)器建立長連接，服務(wù)器就喪失了高并發(fā)性［1，3，4］?，F(xiàn)在出現(xiàn)一種基于 WebSocket協(xié)議的服務(wù)器推送技術(shù)可以使服務(wù)器端與客戶端建立雙向通信，解決上述問題。

2 HTML5中的WebSocket協(xié)議

WebSocket是HTML5定義的一個非常重要的新特性，目的是解決客戶與服務(wù)器間的實時通信，有Web TCP之稱［5］。它通過單一的Socket套接字在客戶端瀏覽器和服務(wù)器端建立全雙工的通信連接，該連接可以及時的將最新數(shù)據(jù)推送到客戶端，并且直到明確關(guān)閉之前一直保持打開狀態(tài)。使用戶能夠僅僅通過網(wǎng)頁就可以實現(xiàn)很多以前必須安裝客戶端才能實現(xiàn)的功能，例如在線聊天應(yīng)用。

WebSocket連接是通過將客戶端與服務(wù)器端之間第一次握手時的HTTP協(xié)議升級到WebSocket協(xié)議，但是其底層使用的還是TCP/IP連接。連接建立后使用標準HTTP的80或443端口進行通信，其參數(shù)格式是“ws：//localhost：80/zza/Chat”，ws使用80端口是普通的WebSocket通信協(xié)議，還有這一種wss是安全的 WebSocket通信協(xié)議使用443端口［2，5］。其本質(zhì)是通過HTTP協(xié)議進行握手升級到WebSocket協(xié)議后創(chuàng)建TCP連接，此后服務(wù)器端與客戶端通過此TCP連接進行實時數(shù)據(jù)傳輸。因此，不需要安裝新的硬件或者要求開放新的端口，只要服務(wù)器端和客戶端都能解析 WebSocket協(xié)議，就可以順利地建立WebSocket連接。

3 服務(wù)器推送模型設(shè)計

3.1 實時Web應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計

如今HTML5得到了很多瀏覽器的支持，例如Firefox、Chrome、Maxthon以及基于IE推出的360瀏覽器、搜狗瀏覽器等。為提高實時 Web系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)處理能力和實時響應(yīng)能力，在實時 Web系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計中使用了 WebSocket協(xié)議的服務(wù)器推送技術(shù)，利用了復(fù)雜事件處理技術(shù)對數(shù)據(jù)進行快速處理［6，7］?；赪ebSocket協(xié)議系統(tǒng)架構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 基于WebSocket協(xié)議系統(tǒng)架構(gòu)模型

3.2 用戶代理模塊

用戶代理有兩種形式，一種是當用戶瀏覽網(wǎng)頁時，用戶代理獲取用戶的瀏覽信息，根據(jù)用戶瀏覽信息發(fā)現(xiàn)用戶感興趣的信息，建立用戶興趣模型；另一種是根據(jù)用戶提交的訂閱信息，建立用戶興趣。

3.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊

當Internet網(wǎng)絡(luò)中各種信息以數(shù)據(jù)流的形式傳輸?shù)椒?wù)器端時，數(shù)據(jù)流首先經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為事件處理模塊能夠識別的事件流，然后數(shù)據(jù)以事件流的形式輸出到事件處理模塊。

3.4 事件處理模塊

對事件的處理采用了復(fù)雜事件處理技術(shù)。其基本原理是首先從事件流中提取原子事件；然后根據(jù)已經(jīng)設(shè)置的規(guī)則，去除不需要的事件，其次將低層次的事件聚合成高層次的事件，并將局部事件組合成整體事件；然后對原子事件或整體事件進行匹配、判斷和推理，從而獲取事件之間的時間關(guān)系、因果關(guān)系、邏輯關(guān)系等；最后與已存儲的用戶興趣數(shù)據(jù)進行對比，進而進行判斷，查找，決策和預(yù)測等功能［8，9，10］。復(fù)雜事件處理過程如圖2所示。

圖2 復(fù)雜事件處理過程圖

首先復(fù)雜事件建模根據(jù)事件類型、邏輯關(guān)系、時序關(guān)系等，將接收的事件流進行整合，其次通過復(fù)雜事件語言描述生成復(fù)雜事件模型庫，然后根據(jù)用戶代理生成的用戶興趣模型與復(fù)雜事件模型庫進行復(fù)雜事件檢測，若不符合用戶需求，則直接忽略；若符合用戶需求，則形成復(fù)雜事件庫，同時生成事件消息并觸發(fā)數(shù)據(jù)推送模塊。

3.5 數(shù)據(jù)推送模塊

數(shù)據(jù)推送采用基于WebSocket協(xié)議的服務(wù)器推送技術(shù)，建立WebSocket建立，連接建立的過程與TCP建立連接的過程是類似的，都基于TCP協(xié)議［4，11］?；?WebSocket協(xié)議的通信圖如圖3所示。

圖3 基于WebSocket協(xié)議的通信圖

WebSocket協(xié)議是服務(wù)器端和客戶端瀏覽器之間建立一條可以進行雙向通信的基于TCP連接的雙向連接通道?？蛻舳藶g覽器通過80或433端口向服務(wù)器端發(fā)出建立連接請求，服務(wù)器端根據(jù)HTTP header解析客戶端瀏覽器發(fā)送來的請求，若是WebSocket請求，則升級請求建立WebSocket連接。連接成功后，客戶端瀏覽器和服務(wù)器端就可以通過 Web－Socket連接直接進行數(shù)據(jù)交換。服務(wù)器在接收消息的同時觸發(fā)推送機制將消息推送到客戶端瀏覽器，呈現(xiàn)在客戶面前。

4 結(jié)束語

本文通過對服務(wù)器推送技術(shù)工作原理及其各自優(yōu)缺點的介紹，了解到基于WebSocket協(xié)議的服務(wù)器推送技術(shù)具有高實時性和資源占用小等優(yōu)點。通過對實時Web應(yīng)用架構(gòu)的設(shè)計，了解到利用WebSocket協(xié)議可以設(shè)計出多種實時性強、效率高的 Web應(yīng)用。Websocket作為一個正在演變中的web規(guī)范，Websocket規(guī)范和API存在變動的可能，雖然目前websocket構(gòu)建應(yīng)用程序可能存在一定的風險，但websocket將會成為未來開發(fā)實時Web應(yīng)用的主力軍。

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