Pushlet框架改進(jìn)及其應(yīng)用整合

李賽男 ，余金山

（1.華僑大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與計(jì)算學(xué)院，福建 廈門 361021；2.華僑大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與計(jì)算學(xué)院，福建 泉州 362011）

一些實(shí)時(shí)監(jiān)控、在線即時(shí)通信、RIA的Web應(yīng)用等系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)需要及時(shí)反饋數(shù)據(jù)給客戶端。這種實(shí)時(shí)交互可以利用推技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著Ajax技術(shù)的興起，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性也出現(xiàn)新的解決方案——服務(wù)器推送（Comet[1]）。服務(wù)器推送不同于以往的推技術(shù)，它是基于Web平臺(tái)、通過(guò)Http長(zhǎng)連接、無(wú)須安裝插件的服務(wù)器向客戶端推送數(shù)據(jù)的純?yōu)g覽器技術(shù)。

服務(wù)器推送是通過(guò)保持客戶端與服務(wù)器端的Http連接，當(dāng)服務(wù)器端狀態(tài)發(fā)送變化時(shí)，將數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端瀏覽器，由瀏覽器負(fù)責(zé)顯示這些數(shù)據(jù)，然后連接繼續(xù)被維持，等待下一次服務(wù)器推送[2]。

Pushlet是一種輕量級(jí)的服務(wù)器推送開(kāi)源框架，相對(duì)于其他流行的推送框架如Dojo+Jetty、DWR等，Pushlet有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）通用性。Pushlet框架是基于 Servlet實(shí)現(xiàn)的，可以在任何一種支持Servlet的服務(wù)器上運(yùn)行。

（2）簡(jiǎn)單易用。Pushlet提供了一組簡(jiǎn)明用戶接口，使用戶能方便地使用Pushlet框架，而且客戶端使用Java Script技術(shù)，可以很容易與已有的Web應(yīng)用程序集成。

（3）可配置性。Pushlet使用屬性文件配置框架中的各種組件，用戶可以用自己開(kāi)發(fā)的組件替換Pushlet提供的組件。

（4）擴(kuò)展性。對(duì)于比較復(fù)雜的推送應(yīng)用，用戶可以自由擴(kuò)展Pushlet框架。

（5）協(xié)議簡(jiǎn)單。Pushlet的客戶端和服務(wù)器端交互采用的協(xié)議是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的bayeux協(xié)議。

但是Pushlet主要關(guān)注Comet服務(wù)器端的實(shí)現(xiàn)，相對(duì)其在數(shù)據(jù)傳輸和客戶端方面設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上存在一些不足：

（1）Pushlet使用的數(shù)據(jù)傳輸格式只能存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的消息數(shù)據(jù)。

（2）客戶端只能連接一個(gè)Pushlet服務(wù)器。

針對(duì)上述不足，本文提出使用JSON格式存儲(chǔ)服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)，在創(chuàng)建Pushlet服務(wù)器連接方面，使用OOP思想把連接封裝成類，以便多次創(chuàng)建連接對(duì)象連接多個(gè)Pushlet服務(wù)器。

1 Pushlet的主要技術(shù)

Pushlet是Comet的開(kāi)源框架，它提供基于Ajax長(zhǎng)輪詢方式和基于iframe的流方式兩種的服務(wù)器推送實(shí)現(xiàn)[3]。整個(gè)框架涉及服務(wù)器端以及客戶端的實(shí)現(xiàn)。服務(wù)器端采用Servlet技術(shù)監(jiān)聽(tīng)客戶端請(qǐng)求，客戶端采用JavaScript技術(shù)并實(shí)現(xiàn)跨瀏覽器實(shí)現(xiàn)。Pushlet服務(wù)器端框架和客戶端框架基于 Pushlet協(xié)議，協(xié)議示意圖分別如圖1、圖 2所示。

圖1 Ajax長(zhǎng)輪詢模式的Pushlet交互協(xié)議

圖2 streaming模式的Pushlet交互協(xié)議

Pushlet協(xié)議[4]組成：

（1）會(huì)話管理：客戶端發(fā)送 “join”請(qǐng)求建立一個(gè)Pushlet會(huì)話，以后服務(wù)器通過(guò)這個(gè)會(huì)話管理該客戶端的所有請(qǐng)求。客戶端發(fā)送“l(fā)isten”請(qǐng)求來(lái)監(jiān)聽(tīng)并準(zhǔn)備接收服務(wù)器端的數(shù)據(jù)。Pushlet還提供了一個(gè)快捷請(qǐng)求“joinlisten”合并這兩步請(qǐng)求。客戶端發(fā)送的“l(fā)eave”請(qǐng)求用來(lái)斷開(kāi)會(huì)話。

（2）主題訂閱：客戶端通過(guò)“subscribe”請(qǐng)求向服務(wù)器訂閱一個(gè)或多個(gè)主題，告訴服務(wù)器如果這個(gè)主題的狀態(tài)發(fā)生改變了就告訴我。客戶端也可以通過(guò)“unsubscribe”來(lái)取消一個(gè)或多個(gè)主題的訂閱。

（3）消息發(fā)布：客戶端可以通過(guò)發(fā)送“publish”請(qǐng)求讓服務(wù)器廣播或多播它的消息。

（4）數(shù)據(jù)推送：服務(wù)端通過(guò)發(fā)送“data”消息向客戶端推送數(shù)據(jù)。

（5）心跳消息：在連接快超時(shí)時(shí)，服務(wù)器向發(fā)送“heartbeat”消息說(shuō)明會(huì)話還存活，以防瀏覽器請(qǐng)求超時(shí)。

（6）刷新消息：在 Ajax長(zhǎng)輪詢的模式下，服務(wù)器每次有數(shù)據(jù)返回消息給客戶端、發(fā)送心跳信號(hào)、返回listen-ack時(shí)，都必須再發(fā)送一條refresh消息給客戶端，告訴客戶端在多長(zhǎng)時(shí)間后發(fā)送“refresh”請(qǐng)求重新建立連接以保持長(zhǎng)Http連接。

為加強(qiáng)協(xié)議的可靠性，客戶端向服務(wù)器端發(fā)送的控制請(qǐng)求，服務(wù)器都會(huì)返回相應(yīng)的ack消息。Pushlet靠?jī)蓷lHttp連接與服務(wù)器交互：一條是專門發(fā)送控制請(qǐng)求；另外一條則是專門接收數(shù)據(jù)的長(zhǎng)連接，這個(gè)長(zhǎng)連接是以“l(fā)isten”請(qǐng)求開(kāi)始的。

Pushlet整體框架如圖3所示[5]。

圖3 Pushlet整體框架圖

2 Pushlet框架的不足與改進(jìn)

2.1 數(shù)據(jù)傳輸格式的不足與改進(jìn)

Pushlet框架中基于Ajax長(zhǎng)輪詢的客戶端框架從服務(wù)器端獲得的是XML格式的數(shù)據(jù)，其格式是＜event消息字段="字段值".../＞，具體示例如下：

Pushlet雖然使用了具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)描述能力的XML來(lái)存儲(chǔ)推送的數(shù)據(jù)，可是它只是簡(jiǎn)單地利用元素的屬性來(lái)存儲(chǔ)鍵/值對(duì)格式的消息數(shù)據(jù)，類似HTTP GET請(qǐng)求的 QueryString， 如 ：p_event=join-listen-ack&p_mode=pull&p_time=1321791777&p_id=qegagopapu。 這種 鍵/值 對(duì)的數(shù)據(jù)格式只能存儲(chǔ)簡(jiǎn)單信息，不易存儲(chǔ)額外的復(fù)雜數(shù)據(jù)。如上述例子中從服務(wù)器獲得的數(shù)據(jù)相當(dāng)于服務(wù)器使用XML格式傳送Pushlet協(xié)議的頭部信息，而復(fù)雜的實(shí)際數(shù)據(jù)很難使用這種鍵/值的格式存儲(chǔ)。

對(duì)于上述Pushlet的局限性，可以使用JSON進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。按照Ajax的定義，原則上應(yīng)該采用傳統(tǒng)的XML數(shù)據(jù)傳輸格式。可是XML是一種結(jié)構(gòu)化的文檔，在服務(wù)器和客戶端均需要進(jìn)行手工解析[6]。這種方案不僅存在解析時(shí)的復(fù)雜性問(wèn)題，而且對(duì)于不同瀏覽器存在兼容性問(wèn)題。此外，XML使用的標(biāo)簽會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)冗余減低數(shù)據(jù)傳輸效率。相對(duì)地JSON是一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式，它是JavaScript規(guī)范的子集，本質(zhì)上就是JavaScript的復(fù)合對(duì)象。所以JSON易于被瀏覽器解析和生成，也可以表示非常復(fù)雜的數(shù)據(jù)。故本文選擇JSON作為數(shù)據(jù)傳輸格式，把服務(wù)器傳送的數(shù)據(jù)使用JSON格式傳輸，具體如下：

2.2 客戶端框架的不足與改進(jìn)

基于Ajax長(zhǎng)輪詢的Pushlet客戶端框架還有一個(gè)局限就是一個(gè)客戶端只能和一個(gè)Pushlet服務(wù)交互。這個(gè)客戶端框架使用JavaScript函數(shù)式編程，只能定義Window的一個(gè)全局變量建立一個(gè)會(huì)話與Pushlet服務(wù)端交互。為使客戶端可以創(chuàng)建多個(gè)會(huì)話與多個(gè)Pushlet服務(wù)端交互，本文使用面向?qū)ο蠓椒ǚ庋b已有的框架創(chuàng)建會(huì)話類，這樣就可以定義多個(gè)會(huì)話對(duì)象創(chuàng)建多個(gè)連接。

改進(jìn)后客戶端框架中各個(gè)類實(shí)例之間的交互如圖4所示。

（1）Session： 會(huì) 話 管 理 類 ， 包 含 Pushlet服 務(wù) 端 的URI、會(huì)話ID、會(huì)話狀態(tài)。用戶可以通過(guò)Session對(duì)象進(jìn)行命令請(qǐng)求。對(duì)于接收到消息后的處理函數(shù)，則可以通過(guò)配置對(duì)象在創(chuàng)建Session實(shí)例時(shí)指定。

（2）Check：狀態(tài)驗(yàn)證類，驗(yàn)證當(dāng)前會(huì)話狀態(tài)保證正確的協(xié)議時(shí)序。

（3）Control：消息路由類，根據(jù)接收到消息分發(fā)給相應(yīng)的消息處理函數(shù)。

（4）Ajax：異步通信類，封裝 Ajax功能直接與服務(wù)器端通信。

（5）PushletEvent：Pushlet事件類，負(fù)責(zé)解析事件消息和生成事件。

圖4 改進(jìn)后的客戶端框架時(shí)序圖

使用JSON進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，相應(yīng)地在服務(wù)器端也需要有一個(gè)JSON數(shù)據(jù)發(fā)送器。Pushlet的服務(wù)器端框架提供了一個(gè)專門用于向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)的ClientAdapter接口，這個(gè)JSON數(shù)據(jù)發(fā)送器就必須實(shí)現(xiàn)這個(gè)ClientAdapter接口。另外還需在Command類的createClientAdapter方法中增加一個(gè)判斷來(lái)生成JSON數(shù)據(jù)發(fā)送器的實(shí)例。

3 在Web投票系統(tǒng)中應(yīng)用

3.1 總體描述

以往大部分的Web投票系統(tǒng)都只是實(shí)現(xiàn)最基本的功能：發(fā)起投票和投票并評(píng)論，如QQ群社區(qū)的群投票。在有些決策性投票中，用戶希望能看到投票的實(shí)時(shí)情況。為此用戶必須時(shí)刻刷新頁(yè)面才能看到投票的最新情況。本文應(yīng)用改進(jìn)的Pushlet框架技術(shù)實(shí)現(xiàn)的Web投票系統(tǒng)，是在基本的投票應(yīng)用功能上增加顯示實(shí)時(shí)投票情況的功能。

投票Web應(yīng)用主要分5個(gè)模塊：發(fā)起投票模塊、投票查詢模塊、投票模塊、登錄/注冊(cè)模塊、網(wǎng)站狀態(tài)模塊。該應(yīng)用只有注冊(cè)用戶才可以發(fā)起投票，投票可以分為匿名投票和實(shí)名投票。投票查詢又分一般查詢、過(guò)期投票查詢、未過(guò)期投票查詢、用戶參與的投票和用戶發(fā)起的投票。投票模塊需要顯示各個(gè)候選項(xiàng)的投票比例和用戶的投票留言。網(wǎng)站狀態(tài)模塊則是顯示網(wǎng)站的基本信息，如注冊(cè)的用戶、總發(fā)起投票的個(gè)數(shù)等。本應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)使用了SSH2框架，網(wǎng)站前臺(tái)實(shí)現(xiàn)使用Ext JS框架，服務(wù)器推送部分使用Pushlet框架。投票Web應(yīng)用的總體架構(gòu)如圖5所示。

圖5 投票Web應(yīng)用的架構(gòu)

3.2 部分具體實(shí)現(xiàn)

為進(jìn)一步說(shuō)明改進(jìn)的Pushlet框架技術(shù)的具體應(yīng)用，下面給出系統(tǒng)的某些部分的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性需求有如下兩點(diǎn)：（1）當(dāng)有用戶注冊(cè)或發(fā)起投票后，該應(yīng)用的基本信息就會(huì)改變，這時(shí)服務(wù)器就需要推送該應(yīng)用最新的基本信息給客戶端；（2）當(dāng)用戶投票成功后，該項(xiàng)投票的候選項(xiàng)的票數(shù)比例會(huì)改變，而且也會(huì)有新的投票留言，這時(shí)服務(wù)器也需要推送該項(xiàng)投票的最新信息給客戶端。

Pushlet通過(guò)主題來(lái)管理所有需要推送的數(shù)據(jù)。主題采用具有層次的樹(shù)形結(jié)構(gòu)，上層主題包含下層主題，類似文件系統(tǒng)的目錄，如/system/time、/system/tem 就 表 示兩個(gè)主題。如果訂閱主題為“/system”，則表示同時(shí)訂閱了/system下的所有子主題 （/system/time和/system/tem）；如果訂閱主題為“/”的根主題，則表示訂閱了服務(wù)器里所有的主題。

該應(yīng)用中主要有兩個(gè)大主題：網(wǎng)站最新基本信息和投票最新信息，分別用“/vote/basic”和“/vote/info”表示主題。網(wǎng)站基本信息包括多個(gè)項(xiàng)目，如用戶注冊(cè)人數(shù)、發(fā)起投票總個(gè)數(shù)等，這些信息按項(xiàng)目名稱劃分主題：“/vote/basic/項(xiàng)目名稱”。用戶可能同時(shí)進(jìn)行多項(xiàng)投票，投票最新信息按照投票 ID劃分主題：“/vote/info/投票 ID”。每個(gè)客戶端都必須訂閱“/vote/basic”主題，在打開(kāi)一個(gè)投票表單時(shí)需要訂閱“/vote/info/該投票ID”主題。

圖6是客戶端與服務(wù)器直接交互的具體情況。當(dāng)有新用戶注冊(cè)時(shí)，服務(wù)器會(huì)向其他客戶端推送網(wǎng)站的注冊(cè)用戶數(shù)的基本信息。當(dāng)有用戶確定投票時(shí)，服務(wù)器也會(huì)推送投票的最新情況。

該應(yīng)用的客戶端是基于Ext JS框架并使用經(jīng)典的MVC模式和命名空間來(lái)組織代碼。Ext控件的配置和布局放在視圖包，Ext的事件處理函數(shù)和Pushlet客戶端框架放在控制包，Ext控件的Store和數(shù)據(jù)模型Model放在數(shù)據(jù)模型包。為與Ext異步調(diào)用的技術(shù)一致，Pushlet框架的客戶端選用基于Ajax長(zhǎng)輪詢的方式。這里使用JSON數(shù)據(jù)方式傳送，引用的框架庫(kù)文件是改進(jìn)后的框架庫(kù)文件。該應(yīng)用的服務(wù)器端則需要在調(diào)用相關(guān)邏輯層服務(wù)后調(diào)用Pushlet的分發(fā)函數(shù)，向客戶端推送數(shù)據(jù)。具體服務(wù)器端組件間的交互如圖7所示。

圖6 客戶端與服務(wù)器的交互

圖7 服務(wù)器端各組件之間的交互

Pushlet框架在該應(yīng)用中的集成步驟如下：

（1） 把 pushlet.jar復(fù)制到 WebRootWEB-INFlib下，并添加進(jìn)classpath。

（2）把pushlet.properties和sources.properties復(fù)制到WebRootWEB-INF下。pushlet.properties是Pushlet的配置文件，本應(yīng)用中沒(méi)有用到數(shù)據(jù)源，需要把sources.activate的值設(shè)為false。

（3）把Pushlet改進(jìn)后的客戶端框架的文件Ajax-pus hlet-client-json.js復(fù)制到WebRoot下的一個(gè)lib文件中。

本文對(duì)Pushlet框架的一些不足做了改進(jìn)。但是Pushlet的實(shí)現(xiàn)方式使服務(wù)器必須維護(hù)很多連接，因此對(duì)服務(wù)器性能要求很高。對(duì)此服務(wù)器可以選擇經(jīng)過(guò)性能改進(jìn)的Jetty服務(wù)器。Pushlet這種長(zhǎng)連接的推技術(shù)僅適合用于中小型的應(yīng)用。本文中的投票Web應(yīng)用也是基于一定群體用戶的投票行為。

[1]Alex Russell.Comet： low latency data for the browser[EB/OL].[2006-06].http：//alex.dojotoolkit.org/?p=545.

[2]孫清國(guó)，朱瑋，劉華軍，等.Web應(yīng)用中的服務(wù)器推送技術(shù)研究綜述[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2008（11）：116-120.

[3]陳航，趙方.基于服務(wù)器推送技術(shù)和XMPP的Web IM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2010，31（5）：925-928.

[4]BROECKE J V D.Pushlets-protocol specification[EB/OL].[2006-05-25].http：//www.pushlets.com/doc/protocol-all.html.

[5]yxw246.Pushlet 2.0.3源碼分析 （服務(wù)器端）[EB/OL].[2008-05-08].http：//blog.csdn.net/yxw246/article/details/2418255.

[6]張濤，黃強(qiáng)，毛磊雅，等.一個(gè)基于 JSON的對(duì)象序列化算法[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2007，43（15）：98-100.