实时通讯方案

web网络通讯中实现实时通讯的常见方式：轮训、SSE、Websocket、Webhook，以及对应的Springboot和前端简易demo代码

在现代Web应用中，实时通讯能力变得越来越重要，它允许服务器主动向客户端推送数据，从而提供即时更新的用户体验。本笔记将介绍几种常见的实时通讯方案，包括它们的原理、特点、优缺点及适用场景。

1. Polling (轮询)

Polling是一种客户端定时向服务器发送请求，以查询最新数据的机制。它通过模拟实时性来工作。

1.1 Short Polling (短轮询)

  • 原理：客户端以固定的时间间隔向服务器发送HTTP请求，询问是否有新的数据。
  • 特点：
    • 模拟实时：通过频繁请求来获取最新数据。
    • 兼容性高：基于标准的HTTP请求，无需特殊协议，兼容所有浏览器和网络环境。
    • 天然无状态：每次请求都是独立的，对服务器的分布式部署友好。
  • 工作流：
    1. 客户端定时（例如每隔5秒）向服务器发起HTTP请求。
    2. 服务器接收请求后，立即返回当前数据（无论是否有更新）。
    3. 客户端接收响应后，处理数据并等待下一个轮询周期。
  • 优缺点：
    • 优点：实现简单，兼容性极佳，易于部署在分布式环境中。
    • 缺点：
      • 效率低下：大部分请求可能没有新数据，造成带宽和服务器资源的浪费。
      • 延迟性：数据更新的实时性取决于轮询间隔，间隔越长延迟越高。
      • 服务器压力：高并发场景下，频繁的请求会给服务器带来较大压力。
  • 适用场景：
    • 对实时性要求不高，数据更新不频繁的场景（如：后台管理系统的数据刷新）。
    • 简单任务结果的查询。

1.2 Long Polling (长轮询)

  • 原理：客户端发送请求后，服务器会“挂起”连接，直到有新的数据可用，或者达到预设的超时时间才返回响应。客户端收到响应后，会立即发送新的请求。
  • 特点：
    • 减少无效请求：相比短轮询，显著减少了客户端和服务器之间的HTTP请求次数。
    • 更接近实时：数据一旦可用即可立即推送给客户端，降低了延迟。
    • 保持连接：服务器需要维护挂起的连接，对服务器资源有一定消耗。
  • 工作流：
    1. 客户端向服务器发送HTTP请求。
    2. 服务器接收请求后，如果当前没有新数据，则不立即响应，而是将请求挂起。
    3. 当有新数据可用时，服务器立即响应客户端，并发送数据。
    4. 如果在指定时间内没有新数据，服务器会超时响应，客户端收到响应后会立即发起新的长轮询请求。
    5. 客户端收到响应后，处理数据并立即发起新的长轮询请求。
  • 优缺点：
    • 优点：相比短轮询，实时性更好，减少了无效��求和服务器压力。实现相对简单，兼容性好。
    • 缺点：
      • 连接占用：服务器需要长时间保持连接，在高并发下仍可能消耗大量资源。
      • 复杂性增加：服务器端需要管理挂起的连接和超时机制。
      • 仍有延迟：在数据不活跃时，仍可能因超时而产生一定延迟。
  • 适用场景：
    • 需要准实时数据更新的场景，如聊天室、在线客服、通知系统等。
    • 客户端需要等待特定事件发生的场景。

demo：

2. Webhooks

  • 简单HTTP通讯：通过给定一个NotifyUrl，来接收回调通知；
  • 无资源占用：不需要链接建立、等待等资源消耗，完全异步通知；
  • 无状态：分布式友好；

工作流：

  • 任务发起：任务的执行方通常可以接受一个webhook链接；
  • 结果通知：当结果执行完后，调用对应的webhook通知执行结果即可； 特点：
  • 优点：高效、无额外资源占用；
  • 缺点：通常需要暴露公网endpoint，需要额外的安全措施；如：QPS限流、ip白名单、请求签名验证等； 场景：
  • 通常用于与三方服务对接，由三方服务执行webhook；（交易系统、电子签等等）
  • 某些RPC框架也支持服务间的webhook；

demo：

3. Server-Sent Event

特点：

  • 单向通信：仅服务器向客户端推送数据。
  • 基于HTTP：使用简单，兼容现有HTTP基础设施。
  • 文本格式：默认支持UTF-8文本数据（可通过编码传输二进制）。
  • 协议本身基于HTTP，是无状态的，如果需要持续保持链接，并保持推送目标则需要服务端自行维护状态；

工作流：

  • 客户端通过
    EventSource
    接口订阅服务器事件流。
  • 服务器以
    text/event-stream
    格式持续发送数据。

特点：

  • 优点：自动重连、轻量级。
  • 缺点：不支持客户端向服务器发送数据。

场景：

  • 大模型Chat；
  • 实时新闻、社交媒体等内容推送；
  • 股票等行情数据；

demo参考：

4. 流式HTTP

5. WebSocket

  • 全双工通信：客户端和服务器可同时发送数据。
  • 低延迟：基于TCP，建立连接后持续保持，无需重复握手。
  • 协议标识：
    ws://
    （非加密）或 
    wss://
    （加密）。

工作流：

  1. 握手阶段：客户端通过HTTP Upgrade头请求升级协议。
  2. 持续连接：握手成功后，转为二进制帧传输数据。

特点：

  • 优点：高效实时、支持双向通信。
  • 缺点：分布式集群化的服务，在节点发布、下线时需要需额外处理连接中断和重连逻辑。通常的解决方案有：
    • 集中式状态管理与重连机制；
    • 消息代理；在客户端和服务端集群中增加「消息代理」，客户端与消息代理交互，消息代理服务和后端服务之间执行无状态交互；（成本高）
    • 发布过程中，优雅下线 + 滚动升级 + 断线重连；机器要下线时，先断开链接，重连到未下线机器；

场景：

  • IM；
  • 多人在线游戏；
  • 协同编辑工具；

demo：