Pushlet框架改进及其应用整合

2012-05-12李赛男余金山

网络安全与数据管理 2012年11期

李赛男，余金山

（1.华侨大学计算机科学与计算学院，福建厦门 361021；2.华侨大学计算机科学与计算学院，福建泉州 362011）

一些实时监控、在线即时通信、RIA的Web应用等系统状态发生变化时需要及时反馈数据给客户端。这种实时交互可以利用推技术来实现。随着Ajax技术的兴起，系统的实时性也出现新的解决方案——服务器推送（Comet[1]）。服务器推送不同于以往的推技术，它是基于Web平台、通过Http长连接、无须安装插件的服务器向客户端推送数据的纯浏览器技术。

服务器推送是通过保持客户端与服务器端的Http连接，当服务器端状态发送变化时，将数据发送给客户端浏览器，由浏览器负责显示这些数据，然后连接继续被维持，等待下一次服务器推送[2]。

Pushlet是一种轻量级的服务器推送开源框架，相对于其他流行的推送框架如Dojo+Jetty、DWR等，Pushlet有以下优点：

（1）通用性。Pushlet框架是基于 Servlet实现的，可以在任何一种支持Servlet的服务器上运行。

（2）简单易用。Pushlet提供了一组简明用户接口，使用户能方便地使用Pushlet框架，而且客户端使用Java Script技术，可以很容易与已有的Web应用程序集成。

（3）可配置性。Pushlet使用属性文件配置框架中的各种组件，用户可以用自己开发的组件替换Pushlet提供的组件。

（4）扩展性。对于比较复杂的推送应用，用户可以自由扩展Pushlet框架。

（5）协议简单。Pushlet的客户端和服务器端交互采用的协议是经过简化的bayeux协议。

但是Pushlet主要关注Comet服务器端的实现，相对其在数据传输和客户端方面设计实现上存在一些不足：

（1）Pushlet使用的数据传输格式只能存储结构简单的消息数据。

（2）客户端只能连接一个Pushlet服务器。

针对上述不足，本文提出使用JSON格式存储服务器发送的数据，在创建Pushlet服务器连接方面，使用OOP思想把连接封装成类，以便多次创建连接对象连接多个Pushlet服务器。

1 Pushlet的主要技术

Pushlet是Comet的开源框架，它提供基于Ajax长轮询方式和基于iframe的流方式两种的服务器推送实现[3]。整个框架涉及服务器端以及客户端的实现。服务器端采用Servlet技术监听客户端请求，客户端采用JavaScript技术并实现跨浏览器实现。Pushlet服务器端框架和客户端框架基于 Pushlet协议，协议示意图分别如图1、图 2所示。

图1 Ajax长轮询模式的Pushlet交互协议

图2 streaming模式的Pushlet交互协议

Pushlet协议[4]组成：

（1）会话管理：客户端发送 “join”请求建立一个Pushlet会话，以后服务器通过这个会话管理该客户端的所有请求。客户端发送“listen”请求来监听并准备接收服务器端的数据。Pushlet还提供了一个快捷请求“joinlisten”合并这两步请求。客户端发送的“leave”请求用来断开会话。

（2）主题订阅：客户端通过“subscribe”请求向服务器订阅一个或多个主题，告诉服务器如果这个主题的状态发生改变了就告诉我。客户端也可以通过“unsubscribe”来取消一个或多个主题的订阅。

（3）消息发布：客户端可以通过发送“publish”请求让服务器广播或多播它的消息。

（4）数据推送：服务端通过发送“data”消息向客户端推送数据。

（5）心跳消息：在连接快超时时，服务器向发送“heartbeat”消息说明会话还存活，以防浏览器请求超时。

（6）刷新消息：在 Ajax长轮询的模式下，服务器每次有数据返回消息给客户端、发送心跳信号、返回listen-ack时，都必须再发送一条refresh消息给客户端，告诉客户端在多长时间后发送“refresh”请求重新建立连接以保持长Http连接。

为加强协议的可靠性，客户端向服务器端发送的控制请求，服务器都会返回相应的ack消息。Pushlet靠两条Http连接与服务器交互：一条是专门发送控制请求；另外一条则是专门接收数据的长连接，这个长连接是以“listen”请求开始的。

Pushlet整体框架如图3所示[5]。

图3 Pushlet整体框架图

2 Pushlet框架的不足与改进

2.1 数据传输格式的不足与改进

Pushlet框架中基于Ajax长轮询的客户端框架从服务器端获得的是XML格式的数据，其格式是＜event消息字段="字段值".../＞，具体示例如下：

Pushlet虽然使用了具有强大数据描述能力的XML来存储推送的数据，可是它只是简单地利用元素的属性来存储键/值对格式的消息数据，类似HTTP GET请求的 QueryString，如：p_event=join-listen-ack&p_mode=pull&p_time=1321791777&p_id=qegagopapu。这种键/值对的数据格式只能存储简单信息，不易存储额外的复杂数据。如上述例子中从服务器获得的数据相当于服务器使用XML格式传送Pushlet协议的头部信息，而复杂的实际数据很难使用这种键/值的格式存储。

对于上述Pushlet的局限性，可以使用JSON进行数据传输。按照Ajax的定义，原则上应该采用传统的XML数据传输格式。可是XML是一种结构化的文档，在服务器和客户端均需要进行手工解析[6]。这种方案不仅存在解析时的复杂性问题，而且对于不同浏览器存在兼容性问题。此外，XML使用的标签会产生大量的数据冗余减低数据传输效率。相对地JSON是一种轻量级的数据交换格式，它是JavaScript规范的子集，本质上就是JavaScript的复合对象。所以JSON易于被浏览器解析和生成，也可以表示非常复杂的数据。故本文选择JSON作为数据传输格式，把服务器传送的数据使用JSON格式传输，具体如下：

2.2 客户端框架的不足与改进

基于Ajax长轮询的Pushlet客户端框架还有一个局限就是一个客户端只能和一个Pushlet服务交互。这个客户端框架使用JavaScript函数式编程，只能定义Window的一个全局变量建立一个会话与Pushlet服务端交互。为使客户端可以创建多个会话与多个Pushlet服务端交互，本文使用面向对象方法封装已有的框架创建会话类，这样就可以定义多个会话对象创建多个连接。

改进后客户端框架中各个类实例之间的交互如图4所示。

（1）Session：会话管理类，包含 Pushlet服务端的URI、会话ID、会话状态。用户可以通过Session对象进行命令请求。对于接收到消息后的处理函数，则可以通过配置对象在创建Session实例时指定。

（2）Check：状态验证类，验证当前会话状态保证正确的协议时序。

（3）Control：消息路由类，根据接收到消息分发给相应的消息处理函数。

（4）Ajax：异步通信类，封装 Ajax功能直接与服务器端通信。

（5）PushletEvent：Pushlet事件类，负责解析事件消息和生成事件。

图4 改进后的客户端框架时序图

使用JSON进行数据交互，相应地在服务器端也需要有一个JSON数据发送器。Pushlet的服务器端框架提供了一个专门用于向客户端发送数据的ClientAdapter接口，这个JSON数据发送器就必须实现这个ClientAdapter接口。另外还需在Command类的createClientAdapter方法中增加一个判断来生成JSON数据发送器的实例。

3 在Web投票系统中应用

3.1 总体描述

以往大部分的Web投票系统都只是实现最基本的功能：发起投票和投票并评论，如QQ群社区的群投票。在有些决策性投票中，用户希望能看到投票的实时情况。为此用户必须时刻刷新页面才能看到投票的最新情况。本文应用改进的Pushlet框架技术实现的Web投票系统，是在基本的投票应用功能上增加显示实时投票情况的功能。

投票Web应用主要分5个模块：发起投票模块、投票查询模块、投票模块、登录/注册模块、网站状态模块。该应用只有注册用户才可以发起投票，投票可以分为匿名投票和实名投票。投票查询又分一般查询、过期投票查询、未过期投票查询、用户参与的投票和用户发起的投票。投票模块需要显示各个候选项的投票比例和用户的投票留言。网站状态模块则是显示网站的基本信息，如注册的用户、总发起投票的个数等。本应用的实现使用了SSH2框架，网站前台实现使用Ext JS框架，服务器推送部分使用Pushlet框架。投票Web应用的总体架构如图5所示。

图5 投票Web应用的架构

3.2 部分具体实现

为进一步说明改进的Pushlet框架技术的具体应用，下面给出系统的某些部分的实现。系统的实时性需求有如下两点：（1）当有用户注册或发起投票后，该应用的基本信息就会改变，这时服务器就需要推送该应用最新的基本信息给客户端；（2）当用户投票成功后，该项投票的候选项的票数比例会改变，而且也会有新的投票留言，这时服务器也需要推送该项投票的最新信息给客户端。

Pushlet通过主题来管理所有需要推送的数据。主题采用具有层次的树形结构，上层主题包含下层主题，类似文件系统的目录，如/system/time、/system/tem 就表示两个主题。如果订阅主题为“/system”，则表示同时订阅了/system下的所有子主题（/system/time和/system/tem）；如果订阅主题为“/”的根主题，则表示订阅了服务器里所有的主题。

该应用中主要有两个大主题：网站最新基本信息和投票最新信息，分别用“/vote/basic”和“/vote/info”表示主题。网站基本信息包括多个项目，如用户注册人数、发起投票总个数等，这些信息按项目名称划分主题：“/vote/basic/项目名称”。用户可能同时进行多项投票，投票最新信息按照投票 ID划分主题：“/vote/info/投票 ID”。每个客户端都必须订阅“/vote/basic”主题，在打开一个投票表单时需要订阅“/vote/info/该投票ID”主题。

图6是客户端与服务器直接交互的具体情况。当有新用户注册时，服务器会向其他客户端推送网站的注册用户数的基本信息。当有用户确定投票时，服务器也会推送投票的最新情况。

该应用的客户端是基于Ext JS框架并使用经典的MVC模式和命名空间来组织代码。Ext控件的配置和布局放在视图包，Ext的事件处理函数和Pushlet客户端框架放在控制包，Ext控件的Store和数据模型Model放在数据模型包。为与Ext异步调用的技术一致，Pushlet框架的客户端选用基于Ajax长轮询的方式。这里使用JSON数据方式传送，引用的框架库文件是改进后的框架库文件。该应用的服务器端则需要在调用相关逻辑层服务后调用Pushlet的分发函数，向客户端推送数据。具体服务器端组件间的交互如图7所示。