浅析Comet技术在Java Web实时系统开发中的应用

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浅析Comet技术在Java Web实时系统开发中的应用

钱宇虹

(武汉职业技术学院 计算机技术与软件工程学院 武汉 430074)

 

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


1、背景

      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,完了之后,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

 

2、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 JavaTM 语言的一部分。

3、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。

      首先,你要下载和安装Tomcat6.X (到本文撰写的时间,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:

<Connector connectionTimeout="20000" port="8080" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol" redirectPort="8443"/>

      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。

      TestComet Servlet中,在连接开始时首先设置连接超时为60秒,接着启动一个推送数据的线程。该线程的实现类为 RandomSender,程序如清单 2 所示。请注意,这个类含有一个 ServletResponse 对象。回头看看清单 1 中的 event()方法,当事件为 BEGIN 时,response 对象被传入到 RandomSender中。 RandomSender的 run ()使用 ServletResponse 将数据发送回客户机。因为要实现流风格的 Comet,所以不能关闭连接。而要使连接保持开启。如果要实现长轮询,则一旦发送完所有消息后,就要关闭连接。

      第五,编写客户端。在客户端,发出AJAX

程序清单1:Servlet处理 Comet 事件



程序清单2:推送随机数的线程

 

程序清单3:客户端发送AJAX 请求

 

      请求和常规请求差不多。清单 3 测试了最基本的 AJAX 请求,它基于 XMLHttpRequest ,能够很好地响应来自 Comet 服务器的事件。客户端在readystate 为 3 时(数据仍在传输中)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数据,将它显示在浏览器上。

      第六,运行程序。首先进行部署,为了使程序正常运行,先要删除本应用的lib目录下的catalina.jar, 如果不这么做,会出现异常:java.lang.ClassCastException: org.apache.catalina.util.DefaultAnnotationProcessor cannot be cast to org.apache.AnnotationProcessor。

      最后,重启Tomcat6,用FireFox浏览器调用主页面index.jsp, 就可以看到随机数不断地涌现。

 4、结束语

      采用Comet技术实现的Java Web实时系统带来了全新的交互性,目前Java Web 服务器正在为实现 Comet 提供成熟、稳定的技术,不久的将来,Comet将成为Servlet 3.0和JavaEE6的标准的一部分。

参考文献

[1] Michael Galpin,Developing with Comet and Java [EB], http://www.ibm.com/developerworks/web/library/wa-cometjava/index.html, 26 May 2009

[2] Advanced IO and Tomcat [EB], http://tomcat.apache.org/tomcat-6.0-doc/aio.html

作者简介:钱宇虹,女,计算机科学硕士,从事软件开发与应用、软件工程、软件测试技术方面的教学、科研和开发。

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