SSE技术和WebSocket技术实现即时通讯

文章目录

- 一、SSE
- - 1.1 什么是SSE
  - 1.2 工作原理
  - 1.3 特点和适用场景
  - 1.4 API用法
  - 1.5 代码实现
- 二、WebSocket
- - 2.1 什么是WebSocket
  - 2.2 工作原理
  - 2.3 特点和适用场景
  - 2.4 API用法
  - 2.5 代码实现
- 三、SSE与WebSocket的比较

当涉及到实现实时通信的Web应用程序时，两种常见的技术选择是服务器发送事件（Server-Sent Events，SSE）和WebSocket，本文将详细讲讲这两种技术，并比较它们的异同点。

一、SSE

1.1 什么是SSE

服务器发送事件SSE（Server-Sent Events）是一种基于HTTP的单向通信机制，用于实现服务器主动向客户端推送数据的技术，也被称为“事件流”（Event Stream）。它基于HTTP协议，利用其长链接的特性，在客户端与服务器之间建立一条持久化连接，并通过这条连接实现服务器向客户端实时数据推送。

1.2 工作原理

它的工作原理如下：

建立连接：客户端通过发送HTTP请求与服务器建立连接。在请求中，客户端指定了接收事件的终点（Endpoint）。
保持连接：服务器接收到连接请求后，保持连接打开，并定期发送事件数据给客户端。
事件流：服务器使用 “Content-Type: text/event-stream” 头部响应标识SSE连接，并使用特定格式的数据（事件流）发送给客户端。
客户端处理事件：客户端通过JavaScript的 EventSource 接口监听SSE连接，一旦接收到事件，就可以处理数据并更新页面。

1.3 特点和适用场景

SSE的特点和适用场景：

单向通信：SSE是从服务器到客户端的单向通信模型，只能由服务器推送数据给客户端。
实时更新：SSE适用于需要实时更新数据的应用场景，如股票行情、新闻推送等。
简单易用：使用SSE相对简单，无需额外的库或框架支持，可以直接使用浏览器的原生API进行开发。

当下火热的ChatGPT实现对话消息的流式返回就是基于服务器发送事件SSE技术来实现的。

1.4 API用法

EventSource 对象是 HTML5 新增的一个客户端 API，用于通过服务器推送实时更新的数据和通知。在使用 EventSource 对象时，可以通过以下方法进行配置和操作:
1.EventSource() 构造函数
EventSource的构造函数接收一个 URL 参数，通过该 URL 可以建立起与服务器的连接，并开始接收服务器发送的数据【服务器和客户端建立持久性连接的关键】。

const eventSource = new EventSource(url, options);

url:String 类型，表示与服务器建立连接的 URL。必填
options:Object 类型，表示可选参数。常用的可选参数包括：

withCredentials：Boolean 类型，表示是否允许发送 Cookie 和 HTTP 认证信息。默认为 false。
headers：Object 类型，表示要发送的请求头信息。
retryInterval：Number 类型，表示与服务器失去连接后，重新连接的时间间隔。默认为 1000 毫秒。

2.EventSource.onmessage 事件
onmessage监听服务器发送的数据，当接收到数据时，就触发该事件，可以用EventSource的实例对象的监听事件函数来代替使用。
如下：

const sse = new EventSource('http://localhost:3000/api/sse' )
// 第一个参数对应后端nodejs自定义的事件名，默认事件名是message
sse.addEventListener('message', (e) => {
    console.log(e.data)
})

3. EventSource.onopen 事件
onopen 事件表示 EventSource 对象已经和服务器建立了连接，并开始接收来自服务器的数据。当 EventSource 对象建立连接时，触发该事件。
4.EventSource.close() 方法
close() 方法用于关闭 EventSource 对象与服务器的连接，停止接收服务器发送的数据。
5.EventSource.readyState 属性
readyState 属性表示当前 EventSource 对象的状态，它是一个只读属性，它的值有以下几个：

CONNECTING：表示正在和服务器建立连接。
OPEN：表示已经建立连接，正在接收服务器发送的数据。
CLOSED：表示连接已经被关闭，无法再接收服务器发送的数据。
示例：

if (eventSource.readyState === EventSource.CONNECTING) {
  console.log('正在连接服务器...');
} else if (eventSource.readyState === EventSource.OPEN) {
  console.log('已经连接上服务器！');
} else if (eventSource.readyState === EventSource.CLOSED) {
  console.log('连接已经关闭。');
}

1.5 代码实现

下面我们通过代码来体会一下SSE技术，以下是一段文本，我们基于SSE技术实现：node后端读取文本，前端流式展示文本内容。

谁让你读了这么多书，又知道了双水村以外还有个大世界……
如果从小你就在这个天地里日出而作，日落而息，那你现在就会和众乡亲抱同一理想：
经过几年的辛劳，像大哥一样娶个满意的媳妇，生个胖儿子，加上你的体魄，会成为一名出色的庄稼人。
不幸的是，你知道的太多了，思考的太多了，因此才有了这种不能为周围人所理解的苦恼。

——《平凡的世界》

node后端index.js

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

app.get('/api/sse', (req, res) => {
    // 设置请求的客户端的响应标头，参数1：必选，三位数的http状态码，参数2：标头对象
    res.writeHead(200, {
        'Content-Type': 'text/event-stream',  // SSE(事件流)核心代码，表示使用SSE
        'Access-Control-Allow-Origin': '*'  // 解决跨域，* 这种方式不安全，仅用于测试
    })
    const data = fs.readFileSync('./index.txt', 'utf8')  // 异步utf8格式读取文件，得到的是字符串
    const arr = data.split('')  // 将字符串分割成数组
    let current = 0
    // mock SSE 数据
    let timer = setInterval(() => { // 定时器实现持久化返回数据
        if (current >= arr.length) {
            clearInterval(timer)
            return
        } else {
            // 返回自定义事件名 默认是message
            res.write(`id:${current}\n`)
            res.write(`event:lol\n`) // 定义发送事件名
            // 向请求的客户端发送响应内容 我的理解就是可以让客户端执行一段js代码
            res.write(`data:${arr[current++]}\n\n`)
        }
    }, 300);
})

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

使用node ./index.js运行node服务。

以上代码在node后端实现了localhost:3000的服务器的/api/sse接口通过Content-Type:text/event-stream头部标识SSE连接，并将文本内容以300ms返回一个字符的速度发送给客户端。

值得注意的是：

res.writeHead()方法实现：设置请求的客户端的响应标头，和res.writeHead()实现相同功能，但wirteHead()可以一次设置多个响应标头。

res.write()方法实现：向请求的客户端发送响应内容。在res.end()之前可以多次被执行调用，传入模板字符串时，我的理解是可以让客户端执行一段js代码。

注意看上述代码中的res.write片段：

// 返回自定义事件名 默认是message
res.write(`id:${current}\n`)
res.write(`event:lol\n`)
// 向请求的客户端发送响应内容 我的理解就是可以让客户端执行一段js代码
res.write(`data:${arr[current++]}\n\n`)

由于使用响应请求头Content-Type:text/event-stream开启事件流EventStream，因此可以看到浏览器请求SSE的请求时会有下图的表格，上述代码的id，event，data分别对应下图表格的前三列内容，\n则表示自动跳转下一个表格单元，因此执行第三个res.write()时最后跟两个\n，第一个用于跳转时间列的单元格，第二个用于跳转下一行第一个单元格。

在这里插入图片描述
下面我们再看看前端代码：index.html

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>SSE流式发送</title>
</head>

<body>
    <div id="data"></div>
    <script>
        document.addEventListener('keydown', (e) => {
        	// 按下回车键触发sse接口
            if (e.keyCode == 13) {
                const sse = new EventSource('http://localhost:3000/api/sse')
                sse.addEventListener('open', (e) => {
                    console.log(e.target);
                })
                // 接收到服务器发送的数据的监听方式1：
                // 后端nodejs自定义了事件名就要把message改成自定义的事件名
                sse.addEventListener('lol', (e) => {
                    document.getElementById('data').innerHTML += e.data
                    console.log(e);
                })
                // 监听方式2
                // sse.onmessage = (e) => {
                //     document.getElementById('data').innerHTML += e.data
                //     console.log(e);
                // }
                sse.onerror = (e) => {
                    console.log(e);
                }
            }
        })

    </script>
</body>

</html>

以上代码实现了按下回车键后，客户端发送http请求与服务器建立连接，并实例化EventSource对象与服务器保持持久连接后监听服务器返回数据。

使用LiverServer运行html文件。

最终的实现效果如下：
在这里插入图片描述

二、WebSocket

2.1 什么是WebSocket

WebSocket 是一种在单个 TCP 连接上进行全双工通信的网络协议。它是 HTML5 中的一种新特性，能够实现 Web 应用程序和服务器之间的实时通信，比如在线聊天、游戏、数据可视化等。

相较于 HTTP 协议的请求-响应模式，使用 WebSocket 可以建立持久连接，允许服务器主动向客户端推送数据，避免了不必要的轮询请求，提高了实时性和效率。同时，WebSocket 的连接过程也比较简单，可以通过 JavaScript 中的 WebSocket API 进行创建和管理，并且可以和现有的 Web 技术如 HTML、CSS 和 JavaScript 无缝集成。

WebSocket 协议是基于握手协议（Handshake Protocol）的，它在建立连接时使用 HTTP/HTTPS 发送一个初始握手请求，然后服务器响应该请求，建立连接后就可以在连接上进行数据传输了。

总之，WebSocket 提供了一种快速、可靠且灵活的方式，使 Web 应用程序能够实现实时通信，同时也提高了网络性能和用户体验。

为什么要用使用WebSocket？

因为http 通信只能由客户端发起,服务器返回查询结果,HTTP 协议做不到服务器主动向客户端推送信息。服务器有连续的状态变化，客户端要获知就非常麻烦。

我们只能使用轮询：每隔一段时候，就发出一个询问，了解服务器有没有新的信息。最典型的场景就是聊天室。

轮询的效率低，非常浪费资源（因为必须不停连接，或者 HTTP 连接始终打开）;

而WebSocket能做到服务器和客户端相互推送信息。

在这里插入图片描述

2.2 工作原理

握手阶段：客户端向服务器发送WebSocket握手请求，服务器返回握手响应。在这个阶段，客户端和服务器协商选择协议和版本。
建立连接：握手成功后，客户端和服务器之间建立持久连接，可以进行双向数据传输。
双向通信：一旦连接建立，客户端和服务器都可以主动发送消息给对方。数据可以以文本或二进制格式进行传输。
断开连接：当任一方决定关闭连接时，可以发送关闭帧来终止连接。

2.3 特点和适用场景

双向通信：WebSocket支持双向通信，客户端和服务器可以互相发送消息。
实时互动：WebSocket适用于实时互动的应用场景，如聊天应用、协作编辑等。
复杂性和灵活性：相对于SSE，WebSocket更为灵活，可以处理更复杂的通信需求。它允许自定义消息格式、心跳检测、连接状态管理等。

2.4 API用法

前端的WebSocket对象提供了用于创建和管理WebSocket 连接，以及可以通过该连接发送和接收数据的 API。
使用示例：

const ws = new WebSocket('ws://localhost:8080')

node后端不再使用Express建立服务，而是安装ws库，创建socket服务。

下面我们直接看代码

2.5 代码实现

后端创建socket服务：ws.js

// 要先安装ws和它的声明文件@types/ws
const ws = require('ws')
// 创建 socket 服务 8080端口
const wss = new ws.Server({ port: 8080 }, () => {
  console.log("socket服务启动成功8080");
});
// 监听客户端的连接
wss.on('connection', (socket) => {
    // 监听客户端的消息
    console.log('客户端连接成功');
    // 监听客户端发送过来的消息
    socket.on('message', (e) => {
        console.log(e.toString());
        // 单独给发送消息的客户端发送消息
        socket.send(e.toString())
        // 给所有客户端群发消息
        wss.clients.forEach((client) => {
            client.send('群发消息：' + e.toString())
        })
    })
})

以上代码实现了创建8080端口的socket服务，并监听客户端发送过来的消息，并分别将收到的消息发送给一个客户端以及所有客户端。

前端ws.html:

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>WebSocket</title>
</head>
<body>
    <div>
        <input type="text" id="input">
        <button id="send">发送</button>
    </div>
    <div id="txt">服务端发给发给客户端的消息:</div></div>
    <script>
        // 建立8080端口的WebSocket连接
        // webSocket的协议要是用ws://或者wss:// 就跟http://和https://一样
        const ws = new WebSocket('ws://localhost:8080')
        // 监听open 表示连接成功
        ws.addEventListener('open', function(event){
            console.log('连接成功');
        })
        let input = document.querySelector('#input')
        let btn = document.querySelector('#send')
        btn.addEventListener('click', function () {
            // 发送消息 前后端都使用send发送消息
            if(input.value) {
                // 给服务器端发送消息
                ws.send(input.value)
                input.value = ''
            }
        })
        // 监听服务器端发送过来的消息
        ws.addEventListener('message', (e) => {
            // 渲染消息到页面
            document.querySelector('#txt').innerHTML += e.data
        })
    </script>
</body>
</html>

以上代码实现了建立8080端口的WebSocket连接，并实现点击btn将输入框的内容发送给服务端，最后监听服务端返回的消息实现渲染到页面上。

效果展示：
后端运行socket服务，前端使用LiveServer(会自动开一个5500的端口)打开html文件，可以看到前后端WebSocket连接成功。
在这里插入图片描述

这里我们开启两个客户端，分别验证服务端单独发送给客户端和群发消息的效果：
在这里插入图片描述

在左边的客户端的输入框输入你好后点击发送，可以得到如下结果

在这里插入图片描述
可以看到左右两边都收到了服务端群发的消息，左边的客户端比右边的客户端多了一条它发给客户端的消息。这表明WebSocket成功实现了服务端和客户端之间的相互通信，并且服务端可以给客户端群发消息。

三、SSE与WebSocket的比较

通信模型：SSE是单向通信模型，只能由服务器向客户端推送数据，而WebSocket是双向通信模型，客户端和服务器可以互相发送消息。
连接性：SSE使用长轮询或HTTP流技术，而WebSocket使用持久连接。SSE需要频繁地发起HTTP请求来获取数据【是这样的吗？？】，而WebSocket只需在握手阶段建立一次连接，然后保持连接打开。另外WebSocket没有同源限制，客户端可以与任意服务器通信。
实时性：WebSocket提供了更低的延迟和更高的实时性，因为它支持双向通信，可以立即将数据推送给客户端。SSE虽然也可以实现实时性，但由于其单向通信模型，需要服务器定期发送数据。
浏览器支持：WebSocket在现代浏览器中得到广泛支持，包括Chrome、Firefox、Safari等。SSE在大多数现代浏览器中也有支持，但在某些旧版本浏览器中可能存在兼容性问题。
API复杂性：WebSocket提供了更灵活和复杂的API，可以处理更高级的通信需求。SSE相对简单，使用浏览器的原生 EventSource 接口即可。