十分钟掌握前端获取实时数据的三种主流方式

前端获取实时数据的三种主流方式

本文聊聊前端获取实时数据的三种主要方式。想象一下，我们在网上购物时，经常能看到最新的优惠信息弹出，或者在社交媒体上看到朋友的最新动态更新。这些都是因为后端在默默地向我们的页面推送了最新的消息。那么，这背后到底使用了什么样的技术呢？主要有三种方式：轮询（Polling）、网页套接字（WebSocket）和服务器发送事件（Server-Sent Events, SSE）。下面，我们就来近距离接触一下它们。

轮询（Polling）

原理

轮询的工作方式很像是孩子不断地问父母“我们到了吗？”。在这个比喻中，前端（孩子）定时向后端（父母）发送请求来检查是否有新数据（是否到目的地了）。轮询又分为短轮询和长轮询两种。

短轮询：前端每隔一定时间就发送一个请求，无论数据是否更新，后端都立即返回响应。
长轮询：前端发出请求后，后端会挂起这个请求，直到有数据更新或者超时，才返回响应。

优缺点

总体上说，轮询的优点在于它简单易实现，几乎所有的服务器和客户端技术都能支持。但缺点也很明显，因为它需要不断地发送请求，这会导致大量的网络流量，而且实时性不高，数据更新有延迟。

具体到短轮询和长轮询，可以对它俩再做一个对比：

短轮询
优点：实现简单，兼容性好。

缺点：频繁的请求会增加服务器负担，实时性不够，资源浪费较多。

长轮询
优点：相比短轮询，减少了请求次数，提高了实时性。

缺点：实现相对复杂，服务器端需要维护挂起的请求，可能会导致资源占用。

适用场景

轮询通常用在对实时性要求不是特别高的场景，比如一些后台管理系统的消息通知、网页上的非实时统计信息展示。下面是使用轮询的一些真实案例：

微信扫码登录：微信的扫码登录功能使用的是轮询机制。当你扫描二维码时，你的手机上的微信客户端会向服务器发送信息，然后你的网页客户端会周期性地询问服务器，用户是否已经通过手机确认。这里使用轮询是因为登录操作并不频繁，且对实时性的要求不需要毫秒级，而且轮询是一种简单且兼容性好的实现方式。
Facebook的实时通知：在Facebook早期，他们使用长轮询来实现实时通知。用户的浏览器会开启一个到服务器的长连接，这样一旦有新通知，服务器就能立即推送数据。这种方式对于当时的技术来说是一个很好的折中方案，因为它在不牺牲太多实时性的情况下，减少了请求次数。

代码示例

这里演示一个短轮询。下面我们将要使用Node.js编写一段后端程序，在这段代码中我们提供两个接口，一个接口用于接受轮询、返回最新的消息，另一个接口则用于更新消息。

后端 poll-server.js 的代码如下：

const express = require('express');
const app = express();
let message = "No new message";

// 指定public文件夹是静态资源的目录
app.use(express.static("public"));

// 前端要轮询访问这个接口，这个接口会返回最新的message
app.get('/poll', (req, res) => {
  res.send(message);
  message = "No new message";
});

// 在其他地方调用这个接口，更新message
app.post('/update', (req, res) => {
  message = "Here's a new message!";
  res.status(200).send('Message updated');
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('Server running on port 3000');
});

前端 poll-client.html 则每隔几秒钟就发送一次请求，代码如下：

<script type="text/javascript">
setInterval(function() {
    fetch('/poll')
      .then(response => response.text())
      .then(data => {
        if (data !== "No new message") {
          console.log(data);
        }
      });
  }, 5000); // 每5秒请求一次
</script>

程序启动后，我们调用一次 /update，前端日志就会输出：Here's a new message!，否则就一直输出：No new message。

网页套接字（WebSocket）

原理

WebSocket是一种网络通信协议，它提供了全双工通信机制，它允许前后端建立一个持久的连接，并且双方都可以通过这个连接随时发送数据。就像打电话，双方可以随时说话和听对方说话。

优缺点

WebSocket 的优点在于它能够提供真正的实时通信，服务器和客户端都可以随时发送数据，而且相比轮询，它减少了HTTP请求的开销。但缺点是它的实现相对复杂，在弱网环境下可能不稳定，而且旧版的浏览器可能不支持 WebSocket。

适用场景

WebSocket 非常适合需要高实时性的场景，比如在线游戏、股票交易平台、实时聊天应用等。下面是使用WebSocket的一些真实案例：

Slack：这个流行的团队沟通工具使用WebSocket来实现实时消息传输。由于团队成员需要即时接收信息和通知，WebSocket的全双工通信机制提供了几乎零延迟的数据交换。
多人在线游戏：许多现代的多人在线游戏使用WebSocket来同步玩家之间的状态。这种技术允许快速的数据传输，确保了游戏体验的流畅和实时互动。

代码示例

在Node.js中使用ws模块来创建一个WebSocket服务器：

const WebSocket = require('ws');
const wss = new WebSocket.Server({ port: 3000 });

wss.on('connection', function connection(ws) {
  ws.on('message', function incoming(message) {
    console.log('received: %s', message);
  });

  ws.send('something');
});

前端代码是这样的：

<script type="text/javascript">
const socket = new WebSocket('ws://localhost:3000');

socket.addEventListener('open', function (event) {
  socket.send('Hello Server!');
});

socket.addEventListener('message', function (event) {
  console.log('Message from server ', event.data);
});
</script>

运行这段程序之后，服务端会收到前端传递的 Hello Server!

前端会收到服务端发送的 something

服务器发送事件 (SSE)

原理

服务器发送事件（SSE）就像是一个广播站，当有新节目（数据）时，它就会向所有打开的收音机（客户端）发送信号。SSE 允许服务器主动向客户端发送数据流。与WebSocket不同的是，SSE 是单向通信，只能服务器向客户端发送数据。

优缺点

优点：与WebSocket比，实现更简单，只需要简单的HTTP协议就可以实现，并且支持自动重连；与轮询比，SSE可以减少服务器和客户端之间不必要的通信，服务器推送的方式更高效。

缺点：只支持单向通信（服务器到客户端）；注意老旧浏览器可能不支持SSE（比如IE6、7、8、9）。

适用场景

SSE适用于不需要客户端向服务器发送消息的场景，比如股票价格的更新、新闻直播、或者任何只需服务器单向推送的实时数据显示。下面是使用SSE的一些真实案例：

ChatGPT：作为一个能够与用户进行互动的聊天机器人，ChatGPT使用服务器发送事件（SSE）来实现与用户的实时通信。ChatGPT在响应用户输入时，并不需要双向实时通信，它主要是接收用户的请求并返回计算结果。SSE可以在现有的HTTP基础设施上运行，这对于大规模服务而言，在连接管理和服务器资源分配方面可能更容易维护和优化。
股票行情更新：许多金融网站使用SSE来推送实时股票价格和市场数据。由于股市信息需要实时更新，SSE为用户提供了一个不断流动的数据源，这样他们就可以看到最新的市场变化，而不必手动刷新页面。

代码示例

在Node.js中，我们可以使用如下方式创建一个SSE服务器，它每隔1秒向前端推送1条数据：

const express = require('express');
const app = express();

app.use(express.static("public"));

app.get('/events', function(req, res) {
  res.writeHead(200, {
    'Content-Type': 'text/event-stream',
    'Cache-Control': 'no-cache',
    'Connection': 'keep-alive'
  });

  // 每隔1秒钟，写出1条数据
  setInterval(() => {
    res.write(`data: ${new Date().toLocaleTimeString()}\n\n`);
  }, 1000);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('SSE server running on port 3000');
});

客户端代码如下，它接收事件并打印消息：

<script type="text/javascript">
const evtSource = new EventSource('/events');

evtSource.onmessage = function(event) {
  console.log('New message:', event.data);
};
</script>

运行效果如下：