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浅析Comet技术在Java Web实时系统开发中的应用

 摘要:Comet技术通过实现服务器推(server push)来解决AJAX需要定时频繁发送请求的问题,从而给Web实时系统带来了全新的交互性。本文分析了Comet技术的两种实现方式:长轮询方式(long-polling)和流方式(streaming),并通过一个服务器推送随即数的实例,展示了使用Comet技术开发Java Web实时系统的开发方法和步骤。
  关键词:Comet;AJAX;服务器推送;Web实时系统
  
  HTTP协议是互联网上大量信息交换的基础,其特点是,它是基于请求—响应模式的无状态的单向协议,即必须由客户端发起一个请求建立连接,服务器接收请求,把数据返回给客户端,然后释放连接。下一次,再由客户端发起另一次请求,重复上述过程。服务器始终处于“被动”地位。
  HTTP协议这一特点,既成就了它的成功,也导致了它的局限性。服务器处理请求的经典模式是一个线程处理一个连接,结束之后,关闭该连接,释放线程以服务于其他请求。只要响应速度足够快,那么我们可以以相对较少的服务器为数量庞大的用户提供服务。这非常适合于传统的Web应用,比如:搜索引擎、内容管理系统和电子商务网站等。然而,这种方式并不能满足有实时性要求的应用的需求,很多应用都需要服务器能实时地将更新的信息传送到客户端,而无须客户端发出请求。例如,新闻标题、证券报价和拍卖行情等。
  在Web的早期,人们通过在HTML头部加入META元信息来实现HTML自动刷新。该标记指示浏览器每隔一定的时间间隔刷新一次页面。这不仅带来糟糕的用户体验,而且是一种低效的做事方式。因为如果没有新的数据,该页面就没必要刷新;如果页面只存在小范围内的变化,该页面就没有必要全部刷新。
  AJAX(Asynchronous JavaScript and XML,异步JavaScript和XML)的出现改变了上述情况。Ajax的工作原理相当于在客户和服务器之间加了—个中间层,使客户请求与服务器响应异步化。并不是所有的请求都提交给服务器,像—些数据验证和数据处理等都交给AJAX引擎自己来做,只有确定需要从服务器读取新数据时再由AJAX引擎代为向服务器提交请求。使用Ajax的最大优点就是能在不刷新整个页面的前提下维护数据,使得Web应用程序更为迅捷地响应用户交互,并避免了在网络上发送那些没有改变的信息。然而,AJAX仍然受限于Web请求/响应模式的弱点,使得服务器不能推送实时动态的Web数据。
  
  1 Comet技术实现方式[1]
  Comet技术被称为反AJAX(Reverse AJAX)技术,它通过实现服务器推(server push)来解决AJAX需要定时频繁发送请求的问题。通过Comet,客户端所需要的响应信息不再需要主动地去索取,而是在服务器端以事件(Event)的形式推至客户端。
  Comet技术的实现方式有两种:长轮询方式(long-polling)和流方式(streaming)。
  长轮询:HTTP的连接保持,服务器端会阻塞请求,直到服务器端有一个事件触发或者到达超时。客户端在收到响应后再次发出请求,重新建立连接。通过这种方式,服务器可以在数据可用的任何时候将数据“推”到客户端。因为这种方案基于AJAX,请求异步发出,无须安装插件,IE、Mozilla FireFox都支持。
  流方式:在流方式中,服务器推数据返回客户端,但不关闭连接,连接始终保持,直到超时,超时后通知客户端重新建立连接,并关闭原来的连接。
  在长轮询方式下,客户端是在XMLHttpRequest的readystate为4(即数据传输结束)时调用回调函数,进行信息处理。当readystate为4时,数据传输结束,连接已经关闭。Mozilla Firefox提供了对流方式的支持,即readystate为3时(数据仍在传输中),客户端可以读取数据,从而无须关闭连接,就能读取处理服务器端返回的信息。IE在readystate为3时,不能读取服务器返回的数据,目前IE不支持流方式。
  不管是长轮询还是流,请求都需要在服务器上存在一段较长时间,因此Comet被称为“基于HTTP长连接的服务器推技术”。这打破了每个请求一个线程的模型。这个模型显然对Comet不适用。Java对此提出了非阻塞IO(non-blocking IO)解决方案,Java通过它的NIO库提供非阻塞IO处理Comet。
  传统的阻塞式IO,每个连接必须要开一个线程来处理,您始终从一个线程中读取流直到整个流完成,然后关闭连接。因此阻塞式IO对大量并发的短生命周期连接不会造成问题。而非阻塞IO处理连接是异步的。当某个连接发送请求到服务器,服务器把这个连接请求当作一个请求“事件”,并把这个“事件”分配给相应的函数处理。我们把这个处理函数放到线程中去执行,执行完就把线程归还。这样一个线程就可以异步地处理多个事件。
  为了获得事件通知,我们需要一个机制,它只在需要读时才读,需要写时才写,但又保持连接打开以迅速响应发生的事件。为了方便这个过程,就要用到NIO,它已是1.4版本以后的Java语言的一部分。
  
  2 使用Java开发Comet风格的Web应用
  支持Comet的Java Web开源服务器有Tomcat 6.0.14和Jetty 6.1.14,它们的实现方法各不相同。下面我们以Tomcat为例来说明开发Comet风格的Web应用的步骤[2]。
  本例以流方式实现了一个Comet应用。服务器每隔一定的时间间隔产生一个0~9之间的随机数,将数据推送到客户端。客户端接收并显示。
  第一,要下载和安装Tomcat6.X(本文截稿时,Tomcat最新版本是6.0.24)。
  第二,为了使用Comet,要求服务器支持NIO,所以要修改Tomcat配置文件conf/server.xml, 即启用异步版本的IO连接器,这个非常关键。如下所示:
  
  第三,该项目需要Comet的API支持,Tomcat6自带的Comet API包为catalina.jar,在Tomcat安装目录下的lib目录中。
  第四,编写Servlet。通过servlet实现CometProcessor接口。这个接口要求实现event()方法,在配置的Http11NioProtocol调用event()方法来处理请求,而不是doGet或doPost。最基本的支持Comet的servlet实现如程序清单1所示。
  
  在event()方法中,分别处理连接开始(BEGIN)、新数据可用(READ),连接结束(END),或出错等事件。Comet允许针对不同的事件指定不同的连接超时。这意味着可以给常规的请求设置很短的生命周期,但是对于响应长连接请求的机制,可以将这个生命周期延长至几分钟。

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