IM 技术经历过几次迭代升级,如图所示:

从简单、低效的短轮询逐步升级到相对效率可控的长轮询;
全双工的 Websocket 彻底解决了服务端的推送问题;
基于 TCP 长连接衍生的 IM 协议,能够实现服务端的主动推送。

一、基于HTTP协议的短轮询与长连接

短轮询 长连接
场景 定期、高频地轮询服务端的新消息。当服务器接到请求后,如果有新消息就将新消息返回给客户端,没有新消息就返回空列表,并关闭连接。即:服务端不管本轮有没有新消息产生,都会马上响应并返回。 当本次请求没有获取到新消息时,不会马上返回响应结果,而是在服务端“悬挂(hang)”请求并等待一段时间,一旦这段时间产生新消息,就能马上响应并返回。
缺点 对客户端来说,轮询频率较高,大部分请求是无用的,又费电(功效开销)又费流量(网络开销);对服务端来说,高频的请求会产生较高的 QPS ,并且对后端存储资源造成较大的压力。 服务端悬挂住请求,只是降低了入口请求的QPS,并没有减少对后端资源轮询的压力。(假如有1000个请求在等待消息,则可能有1000个线程在不断轮询);长轮询在超时时间内没有获取到消息时会结束返回,仍然没有完全解决客户端无效请求的问题。

结论:短轮询与长连接都无法做到基于事件的完全“边缘触发”,这是因为二者都是基于HTTP协议实现的,而HTTP是一个无状态协议,服务端有新消息产生时,无法直接向客户端推送,而客户端向服务端发起多次请求时,服务端也不会记录客户端的状态——所有的请求只能由客户端发起。

二、基于单个TCP连接的双全工通信协议的 Websocket

客户端和服务端只需要完成一次握手,就可以创建持久的长连接,并进行随时、双向的数据传输。
当服务端收到新消息时,可以通过建立的 Websocket 连接,直接进行推送,真正做到“边缘触发”,保证消息的实时性。
优点:
1.支持服务端推送的双向通信,大幅降低服务端轮询压力;
2.数据交互的控制开销低,降低双方通信的网络开销;
3.Web 原生支持,实现相对简单。

三、基于TCP长连接衍生的 IM 协议

在 IM 领域,除了 Websocket 协议,还有 XMPP、MQTT 等通信协议,这些是基于 TCP 长连接衍生的私有协议。
这些私有协议,在用户上线连接时,在服务端维护好连接到服务器的用户设备和具体 TCP 连接的映射关系,并且一旦建立起长连接,就一直存在,除非网络被中断。这样,客户端能随时找到服务端,服务端也能通过这个映射关系随时找到对应在线的用户的客户端。

小结

从简单、低效的短轮询到相对效率可控的长轮询,再到随着HTML5出现的双全工Websocket,再到基于TCP长连接衍生的各种有状态的通信协议,消息实时性随着技术的迭代升级,更加可靠。

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