Web Workers
Web Workers 簡介
至 2008 年 W3C 制定出第一個 HTML5 草案開始，HTML5 承載了越來越多嶄新的特性和功能。它不但強化了 Web 系統或網頁的表現性能，而且還增加了對本地數據庫等 Web 應用功能的支持。其中，最重要的一個便是對多線程的支持。在 HTML5 中提出了工作線程（Web Workers）的概念，并且規范出 Web Workers 的三大主要特征：能夠長時間運行（響應），理想的啟動性能以及理想的內存消耗。Web Workers 允許開發人員編寫能夠長時間運行而不被用戶所中斷的后臺程序，去執行事務或者邏輯，并同時保證頁面對用戶的及時響應。
Web Workers 為 Web 前端網頁上的腳本提供了一種能在后臺進程中運行的方法。一旦它被創建，Web Workers 就可以通過 postMessage 向任務池發送任務請求，執行完之后再通過 postMessage 返回消息給創建者指定的事件處理程序 ( 通過 onmessage 進行捕獲 )。Web Workers 進程能夠在不影響用戶界面的情況下處理任務，并且，它還可以使用 XMLHttpRequest 來處理 I/O，但通常，后臺進程（包括 Web Workers 進程）不能對 DOM 進行操作。如果希望后臺程序處理的結果能夠改變 DOM，只能通過返回消息給創建者的回調函數進行處理。
瀏覽器對 HTML5 支持情況可以參考網站 When can I use...
在 Web Workers 中使用 postMessage 和 onmessage
首先，需要在客戶端頁面的 JavaScript 代碼中 new 一個 Worker 實例出來，參數是需要在另一個線程中運行的 JavaScript 文件名稱。然后在這個實例上監聽 onmessage 事件。最后另一個線程中的 JavaScript 就可以通過調用 postMessage 方法在這兩個線程間傳遞數據了。
清單 1. 主線程中創建 Worker 實例，并監聽 onmessage 事件
<html>
<head>
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=iso-8859-1">
<title>Test Web worker</title>
<script type="text/JavaScript">
function init(){
var worker = new Worker('compute.js');
//event 參數中有 data 屬性，就是子線程中返回的結果數據
worker.onmessage= function (event) {
// 把子線程返回的結果添加到 div 上
document.getElementById("result").innerHTML +=
event.data+"<br/>";
};
}
</script>
</head>
<body onload="init()">
<div id="result"></div>
</body>
</html>
在客戶端的 compute.js 中，只是簡單的重復多次加和操作，最后通過 postMessage 方法把結果返回給主線程，目的就是等待一段時間。而在這段時間內，主線程不應該被阻塞，用戶可以通過拖拽瀏覽器，變大縮小瀏覽器窗口等操作測試這一現象。這個非阻塞主線程的結果就是 Web Workers 想達到的目的。
清單 2. compute.js 中調用 postMessage 方法返回計算結果
var i=0;
function timedCount(){
for(var j=0,sum=0;j<100;j++){
for(var i=0;i<100000000;i++){
sum+=i;
}
}
// 調用 postMessage 向主線程發送消息
postMessage(sum);
}
postMessage("Before computing,"+new Date());
timedCount();
postMessage("After computing,"+new Date());
圖 1. 瀏覽器中運行結果
Cross-document messaging
Cross-document messaging 簡介
由于同源策略的限制，JavaScript 跨域的問題，一直是一個頗為棘手的問題。HTML5 提供了在網頁文檔之間互相接收與發送信息的功能。使用這個功能，只要獲取到網頁所在窗口對象的實例，不僅同源（域 + 端口號）的 Web 網頁之間可以互相通信，甚至可以實現跨域通信。 要想接收從其他窗口發送來的信息，必須對窗口對象的 onmessage 事件進行監聽，其它窗口可以通過 postMessage 方法來傳遞數據。該方法使用兩個參數：第一個參數為所發送的消息文本，但也可以是任何 JavaScript 對象（通過 JSON 轉換對象為文本），第二個參數為接收消息的對象窗口的 URL 地址，可以在 URL 地址字符串中使用通配符'*'指定全部地。
在 Cross-document messaging 中使用 postMessage 和 onmessage
為了實現不同域之間的通信，需要在操作系統的 hosts 文件添加兩個域名，進行模擬。
清單 3. hosts 文件中添加兩個不同的域名
127.0.0.1 parent.com
127.0.0.1 child.com
在父網頁中通過 iframe 嵌入子頁面，并在 JavaScript 代碼中調用 postMessage 方法發送數據到子窗口。
清單 4. 父頁面中嵌入子頁面，調用 postMessage 方法發送數據
<html>
<head>
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8">
<title>Test Cross-domain communication using HTML5</title>
<script type="text/JavaScript">
function sendIt(){
// 通過 postMessage 向子窗口發送數據
document.getElementById("otherPage").contentWindow
.postMessage(
document.getElementById("message").value,
"http://child.com:8080"
);
}
</script>
</head>
<body>
<!-- 通過 iframe 嵌入子頁面 -->
<iframe src="http://child.com:8080/TestHTML5/other-domain.html"
id="otherPage"></iframe>
<br/><br/>
<input type="text" id="message"><input type="button"
value="Send to child.com" onclick="sendIt()" />
</body>
</html>
在子窗口中監聽 onmessage 事件，并用 JavaScript 實現顯示父窗口發送過來的數據。
清單 5. 子窗口中監聽 onmessage 事件，顯示父窗口發送來的數據
<html>
<head>
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8">
<title>Web page from child.com</title>
<script type="text/JavaScript">
//event 參數中有 data 屬性，就是父窗口發送過來的數據
window.addEventListener("message", function( event ) {
// 把父窗口發送過來的數據顯示在子窗口中
document.getElementById("content").innerHTML+=event.data+"<br/>";
}, false );
</script>
</head>
<body>
Web page from http://child.com:8080
<div id="content"></div>
</body>
</html>
圖 2. 父窗口嵌入子窗口
圖 3. 父窗口發送數據到子窗口
WebSockets
WebSockets 簡介
在 Web 應用中，HTTP 協議決定了客戶端和服務端連接是短連接，即客戶端 Request，服務端 Response，連接斷開。要想實現客戶端和服務端實時通信，只能通過客戶端輪詢來實現。服務端推送數據也并不是字面上意思上的直接推，其實還是客戶端自己取。WebSockets 是 HTML5 規范新引入的功能，用于解決瀏覽器與后臺服務器雙向通訊的問題，使用 WebSockets 技術，后臺可以隨時向前端推送消息，以保證前后臺狀態統一。
在 WebSockets 中使用 send 和 onmessage
由于文本主要介紹 postMessage(send) 和 onmessage 客戶端 API 的應用，而 WebSockets 涉及到服務器端代碼的實現，所以本文將選取最簡單的服務器端框架來編寫服務器代碼。WebSockets 服務器端有 jetty 提供的基于 Java 的實現，有 WebSocket-Node 基于 node.js 的實現，在 .Net 4.5 中也直接提供了 WebSockets 的支持。本文將使用 WebSocket-Node 提供的示例代碼，稍作修改作為 WebSockets 的服務器端。關于 node.js 的介紹以及使用請參考 node.js 官方網站 node.js，關于 WebSocket-Node 的使用請參考 WebSocket-Node。
首先，需要在客戶端通過 JavaScript 代碼 new 一個 WebSocket 實例出來，參數是實現 WebSocket 服務器端 URL 地址。然后在這個實例上監聽 onmessage 事件接收服務器端發送過來的數據。當然，客戶端也可以調用 send 方法，發送數據到服務器端。
清單 6. 創建 WebSocket 對象，并監聽 onmessage 事件
connect : function() {
var location ="ws://localhost:8000/";
// 創建 WebSockets 并傳入 WebSockets server 地址
this._ws =new WebSocket(location);
this._ws.onmessage=this._onmessage;
//WebSockets 還提供了 onopen 以及 onclose 事件
this._ws.onopen =this._onopen;
this._ws.onclose =this._onclose;
}
在 _onmessage 方法中，接收數據，并顯示在頁面上
清單 7. _onmessage 方法
_onmessage : function(event) {
//event 參數中有 data 屬性，就是服務器發送過來的數據
if (event.data) {
var messageBox = document.getElementById('messageBox');
var spanText = document.createElement('span');
spanText.className ='text';
// 把服務器發送過來的數據顯示在窗口中
spanText.innerHTML = event.data;
var lineBreak = document.createElement('br');
messageBox.appendChild(spanText);
messageBox.appendChild(lineBreak);
messageBox.scrollTop = messageBox.scrollHeight
- messageBox.clientHeight;
}
},
在 _onopen 方法中，調用 _send 方法發送一條消息到服務器端，告之連接已經建立。在 _onclose 方法中，把 WebSocket 的實例設置成 null，釋放資源。
清單 8. _onopen，_onclose 以及 send 方法
_onopen : function() {
server._send("Client:Open WebSockets,"+new Date());
},
//message 參數就是客戶端向服務器端發送的數據
_send : function(message) {
if (this._ws)
this._ws.send(message);
},
// 此方法提供外部代碼調用
send : function(text) {
if (text !=null&& text.length >0)
server._send(text);
},
_onclose : function(m) {
this._ws =null;
}
把這些方法封裝在一個 server 對象中，方便提供外部調用。用戶只需要先調用 server 的 connect 方法建立連接，然后調用 send 方法發送數據。
清單 9. 封裝客戶端實現
var server = {
// 對外主要提供 connect 和 send 方法
connect : function() {...},
_onopen : function() {...},
_send : function(message) {...},
send : function(text) {...},
_onmessage : function(event) {...},
_onclose : function(m) {...}
};
在服務器端，通過 JavaScript 語言簡單修改 WebSocket-Node 中提供的 echo-server.js 示例即可。這里只展示關鍵代碼部分，其它代碼請參見 WebSocket-Node 示例。
清單 10. WebSockets 服務器端簡單實現
// 監聽客戶端的連接請求
wsServer.on('connect', function(connection) {
function sendCallback(err) {
if (err) console.error("send() error: " + err);
}
// 監聽客戶端發送數據的請求
connection.on('message', function(message) {
if (message.type === 'utf8') {// 區別客戶端發過來的數據是文本還是二進制類型
connection.sendUTF(
"Server:Get message:<br/>"+message.utf8Data, sendCallback
);
}
else if (message.type === 'binary') {
connection.sendBytes(message.binaryData, sendCallback);
}
});
connection.on('close', function(reasonCode, description) {
});
});
圖 4. 點擊 Connect 按鈕
圖 5. 輸入內容，單擊 Send Message 按鈕
Server-Sent Events
Server-Sent Events 簡介
HTML5 Server-Sent 事件模型允許您從服務器 push 實時數據到瀏覽器。本文我們將介紹利用 Eventsource 對象處理與頁面間的接收和發送數據。在客戶端，我們使用 HTML5+JavaScript，服務端使用 Java。在現存的 Ajax 模式中，web 頁面會持續不斷地請求服務器傳輸新數據，由客戶端負責請求數據。而在服務端發送模式下，無需在客戶端代碼中執行連續的數據請求，而是由服務端 push 推送更新。一旦您在頁面中初始化了 Server-Sent 事件，服務端腳本將持續地發送更新。客戶端 JavaScript 代碼一旦接收到更新就將新的數據寫入頁面中展示出來。
在 Server-Sent Events 中使用 onmessage
Server-Sent Events 和 WebSockets 有相同之處，WebSockets 實現了服務器端以及客戶端的雙向通信功能，而 Server-Sent Events 則僅是指服務器端到客戶端的單向通信，而且 Server-Sent Events 同樣需要服務器端的實現，本文將使用基于 Java 的 Servlet 技術實現服務器端。關于服務器端向客戶端寫數據的格式，可以參考 W3C 關于 Server-Sent Events 的規范文檔 Server-Sent Events。由于是服務器端到客戶端的單向通信，所以在 Server-Sent Events 中沒有 postMessage 方法。
首先，在客戶端通過 JavaScript 代碼 new 一個 EventSource 實例出來，參數是實現 EventSource 服務器端 URL 地址。然后在這個實例上監聽 onmessage 事件接收服務器端發送過來的數據。
清單 11. 創建 EventSource 對象，并監聽 onmessage 事件
if (!!window.EventSource) {
// 創建 EventSource 實例，傳入 server 地址
var source = new EventSource('/TestHTML5/ServerSentEvent');
} else {
console.log("Your browser doesn't support server-sent event");
}
// 監聽 message 事件，等待接收服務器端發送過來的數據
source.addEventListener('message', function(event) {
//event 參數中有 data 屬性，就是服務器發送過來的數據
console.log(event.data);
}, false);
//EventSource 還提供了 onopen 以及 onerror 事件
source.addEventListener('open', function(event) {
}, false);
source.addEventListener('error', function(event) {
if (event.readyState == EventSource.CLOSED) {
}
}, false);
服務器端，在 Java 語言實現的 Servlet doGet 方法中使用 response 對象向客戶端寫數據
清單 12. 服務器端簡單實現
// 這里必須設置 Content-Type 為 text/event-stream
response.setHeader("Content-Type", "text/event-stream");
response.setHeader("Cache-Control", "no-cache");
response.setCharacterEncoding ("UTF-8");
String id = new Date().toString();
response.getWriter().println("id:"+id);
// 向客戶端寫兩行數據
response.getWriter().println("data:server-sent event is working.");
response.getWriter().println("data:test server-sent event multi-line data");
response.getWriter().println();
response.getWriter().flush();
圖 6. Server-Sent Events 運行結果
結束語
本文詳細介紹了 postMessage（send）和 onmessage API 在客戶端的應用情況，可以看到在不同的場景中這兩個方法的應用模式都是類似的。postMessage 的作用就是傳遞數據，而 onmessage 的作用就是接收數據。掌握此組 API 對以后開發 HTML 5 應用程序將會有所幫助。本文 Web Workers，Cross-document messaging，WebSockets 的代碼在 Firefox 14 下通過測試，Server-Sent Events 的代碼在 Chrome 16 下通過測試。
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