HTML5 postMessage 和 onmessage API 详细应用

随着 HTML5 的发展,了解并熟悉 HTML5 的 API 接口是非常重要的。postMessage(send) 和 onmessage 此组 API 在 HTML5 中有着广泛的应用,比如 Web Workers 中应用此组 API 实现多个线程间 JavaScript 调用功能 ,Cross-document messaging 中实现两个不同域间 JavaScript 调用功能等等。本文主要介绍此组 API 在 Web Workers,Cross-document messaging,WebSockets 以及 Server-Sent Events 中的详细应用情况。

姜 俊杰, 软件工程师, IBM

/developerworks/cn/web/1210_jiangjj_html5db/myphoto.jpg姜俊杰,IBM 中国软件开发中心的一名软件工程师,在 ECM 部门主要从事 IBM Case Manager 相关解决方案的开发。



2013 年 1 月 10 日

Web Workers

Web Workers 简介

至 2008 年 W3C 制定出第一个 HTML5 草案开始,HTML5 承载了越来越多崭新的特性和功能。它不但强化了 Web 系统或网页的表现性能,而且还增加了对本地数据库等 Web 应用功能的支持。其中,最重要的一个便是对多线程的支持。在 HTML5 中提出了工作线程(Web Workers)的概念,并且规范出 Web Workers 的三大主要特征:能够长时间运行(响应),理想的启动性能以及理想的内存消耗。Web Workers 允许开发人员编写能够长时间运行而不被用户所中断的后台程序,去执行事务或者逻辑,并同时保证页面对用户的及时响应。

Web Workers 为 Web 前端网页上的脚本提供了一种能在后台进程中运行的方法。一旦它被创建,Web Workers 就可以通过 postMessage 向任务池发送任务请求,执行完之后再通过 postMessage 返回消息给创建者指定的事件处理程序 ( 通过 onmessage 进行捕获 )。Web Workers 进程能够在不影响用户界面的情况下处理任务,并且,它还可以使用 XMLHttpRequest 来处理 I/O,但通常,后台进程(包括 Web Workers 进程)不能对 DOM 进行操作。如果希望后台程序处理的结果能够改变 DOM,只能通过返回消息给创建者的回调函数进行处理。

浏览器对 HTML5 支持情况可以参考网站 When can I use...

在 Web Workers 中使用 postMessage 和 onmessage

首先,需要在客户端页面的 JavaScript 代码中 new 一个 Worker 实例出来,参数是需要在另一个线程中运行的 JavaScript 文件名称。然后在这个实例上监听 onmessage 事件。最后另一个线程中的 JavaScript 就可以通过调用 postMessage 方法在这两个线程间传递数据了。

清单 1. 主线程中创建 Worker 实例,并监听 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 参数中有 data 属性,就是子线程中返回的结果数据
		 worker.onmessage= function (event) { 
			 // 把子线程返回的结果添加到 div 上
			 document.getElementById("result").innerHTML += 
			    event.data+"<br/>"; 
		 }; 
	 } 
 </script> 
 </head> 
 <body onload="init()"> 
 <div id="result"></div> 
 </body> 
 </html>

在客户端的 compute.js 中,只是简单的重复多次加和操作,最后通过 postMessage 方法把结果返回给主线程,目的就是等待一段时间。而在这段时间内,主线程不应该被阻塞,用户可以通过拖拽浏览器,变大缩小浏览器窗口等操作测试这一现象。这个非阻塞主线程的结果就是 Web Workers 想达到的目的。

清单 2. compute.js 中调用 postMessage 方法返回计算结果
 var i=0; 

 function timedCount(){ 
	 for(var j=0,sum=0;j<100;j++){ 
		 for(var i=0;i<100000000;i++){ 
			 sum+=i; 
		 } 
	 } 
	 // 调用 postMessage 向主线程发送消息
	 postMessage(sum); 
 } 

 postMessage("Before computing,"+new Date()); 
 timedCount(); 
 postMessage("After computing,"+new Date());
图 1. 浏览器中运行结果
浏览器中运行结果

Cross-document messaging

Cross-document messaging 简介

由于同源策略的限制,JavaScript 跨域的问题,一直是一个颇为棘手的问题。HTML5 提供了在网页文档之间互相接收与发送信息的功能。使用这个功能,只要获取到网页所在窗口对象的实例,不仅同源(域 + 端口号)的 Web 网页之间可以互相通信,甚至可以实现跨域通信。 要想接收从其他窗口发送来的信息,必须对窗口对象的 onmessage 事件进行监听,其它窗口可以通过 postMessage 方法来传递数据。该方法使用两个参数:第一个参数为所发送的消息文本,但也可以是任何 JavaScript 对象(通过 JSON 转换对象为文本),第二个参数为接收消息的对象窗口的 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

为了实现不同域之间的通信,需要在操作系统的 hosts 文件添加两个域名,进行模拟。

清单 3. hosts 文件中添加两个不同的域名
 127.0.0.1 	 parent.com 
 127.0.0.1 	 child.com

在父网页中通过 iframe 嵌入子页面,并在 JavaScript 代码中调用 postMessage 方法发送数据到子窗口。

清单 4. 父页面中嵌入子页面,调用 postMessage 方法发送数据
 <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(){ 
		 // 通过 postMessage 向子窗口发送数据
		 document.getElementById("otherPage").contentWindow 
			 .postMessage( 
				 document.getElementById("message").value, 
				"http://child.com:8080"
			 ); 
	 } 
 </script> 
 </head> 
 <body> 
	 <!-- 通过 iframe 嵌入子页面 --> 
	 <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>

在子窗口中监听 onmessage 事件,并用 JavaScript 实现显示父窗口发送过来的数据。

清单 5. 子窗口中监听 onmessage 事件,显示父窗口发送来的数据
 <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 参数中有 data 属性,就是父窗口发送过来的数据
	 window.addEventListener("message", function( event ) { 
		 // 把父窗口发送过来的数据显示在子窗口中
	   document.getElementById("content").innerHTML+=event.data+"<br/>"; 
	 }, false ); 

 </script> 
 </head> 
 <body> 
	 Web page from http://child.com:8080 
	 <div id="content"></div> 
 </body> 
 </html>
图 2. 父窗口嵌入子窗口
父窗口嵌入子窗口
图 3. 父窗口发送数据到子窗口
父窗口发送数据到子窗口

WebSockets

WebSockets 简介

在 Web 应用中,HTTP 协议决定了客户端和服务端连接是短连接,即客户端 Request,服务端 Response,连接断开。要想实现客户端和服务端实时通信,只能通过客户端轮询来实现。服务端推送数据也并不是字面上意思上的直接推,其实还是客户端自己取。WebSockets 是 HTML5 规范新引入的功能,用于解决浏览器与后台服务器双向通讯的问题,使用 WebSockets 技术,后台可以随时向前端推送消息,以保证前后台状态统一。

在 WebSockets 中使用 send 和 onmessage

由于文本主要介绍 postMessage(send) 和 onmessage 客户端 API 的应用,而 WebSockets 涉及到服务器端代码的实现,所以本文将选取最简单的服务器端框架来编写服务器代码。WebSockets 服务器端有 jetty 提供的基于 Java 的实现,有 WebSocket-Node 基于 node.js 的实现,在 .Net 4.5 中也直接提供了 WebSockets 的支持。本文将使用 WebSocket-Node 提供的示例代码,稍作修改作为 WebSockets 的服务器端。关于 node.js 的介绍以及使用请参考 node.js 官方网站 node.js,关于 WebSocket-Node 的使用请参考 WebSocket-Node

首先,需要在客户端通过 JavaScript 代码 new 一个 WebSocket 实例出来,参数是实现 WebSocket 服务器端 URL 地址。然后在这个实例上监听 onmessage 事件接收服务器端发送过来的数据。当然,客户端也可以调用 send 方法,发送数据到服务器端。

清单 6. 创建 WebSocket 对象,并监听 onmessage 事件
 connect : function() { 
    var location ="ws://localhost:8000/"; 
	 // 创建 WebSockets 并传入 WebSockets server 地址
    this._ws =new WebSocket(location); 
    this._ws.onmessage=this._onmessage; 
   //WebSockets 还提供了 onopen 以及 onclose 事件
    this._ws.onopen =this._onopen; 
    this._ws.onclose =this._onclose; 
 }

在 _onmessage 方法中,接收数据,并显示在页面上

清单 7. _onmessage 方法
 _onmessage : function(event) { 
	 //event 参数中有 data 属性,就是服务器发送过来的数据
     if (event.data) { 
         var messageBox = document.getElementById('messageBox'); 
         var spanText = document.createElement('span'); 
         spanText.className ='text'; 
		 // 把服务器发送过来的数据显示在窗口中
         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,调用 _send 方法发送一条消息到服务器端,告之连接已经建立。在 _onclose 方法中,把 WebSocket 的实例设置成 null,释放资源。

清单 8. _onopen,_onclose 以及 send 方法
 _onopen : function() { 
     server._send("Client:Open WebSockets,"+new Date()); 
 }, 
 //message 参数就是客户端向服务器端发送的数据
 _send : function(message) { 
     if (this._ws) 
         this._ws.send(message); 
 }, 
 // 此方法提供外部代码调用
 send : function(text) { 
     if (text !=null&& text.length >0) 
         server._send(text); 
 }, 
 
 _onclose : function(m) { 
     this._ws =null; 
 }

把这些方法封装在一个 server 对象中,方便提供外部调用。用户只需要先调用 server 的 connect 方法建立连接,然后调用 send 方法发送数据。

清单 9. 封装客户端实现
 var server = { 
	 // 对外主要提供 connect 和 send 方法
    connect : function() {...}, 
    _onopen : function() {...}, 
    _send : function(message) {...}, 
    send : function(text) {...}, 
    _onmessage : function(event) {...}, 
    _onclose : function(m) {...} 
 };

在服务器端,通过 JavaScript 语言简单修改 WebSocket-Node 中提供的 echo-server.js 示例即可。这里只展示关键代码部分,其它代码请参见 WebSocket-Node 示例。

清单 10. WebSockets 服务器端简单实现
 // 监听客户端的连接请求
 wsServer.on('connect', function(connection) { 
    function sendCallback(err) { 
        if (err) console.error("send() error: " + err); 
    } 
	 // 监听客户端发送数据的请求
    connection.on('message', function(message) { 
        if (message.type === 'utf8') {// 区别客户端发过来的数据是文本还是二进制类型
            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) { 
    }); 
 });
图 4. 点击 Connect 按钮
点击 Connect 按钮
图 5. 输入内容,单击 Send Message 按钮
输入内容,单击 Send Message 按钮

Server-Sent Events

Server-Sent Events 简介

HTML5 Server-Sent 事件模型允许您从服务器 push 实时数据到浏览器。本文我们将介绍利用 Eventsource 对象处理与页面间的接收和发送数据。在客户端,我们使用 HTML5+JavaScript,服务端使用 Java。在现存的 Ajax 模式中,web 页面会持续不断地请求服务器传输新数据,由客户端负责请求数据。而在服务端发送模式下,无需在客户端代码中执行连续的数据请求,而是由服务端 push 推送更新。一旦您在页面中初始化了 Server-Sent 事件,服务端脚本将持续地发送更新。客户端 JavaScript 代码一旦接收到更新就将新的数据写入页面中展示出来。

在 Server-Sent Events 中使用 onmessage

Server-Sent Events 和 WebSockets 有相同之处,WebSockets 实现了服务器端以及客户端的双向通信功能,而 Server-Sent Events 则仅是指服务器端到客户端的单向通信,而且 Server-Sent Events 同样需要服务器端的实现,本文将使用基于 Java 的 Servlet 技术实现服务器端。关于服务器端向客户端写数据的格式,可以参考 W3C 关于 Server-Sent Events 的规范文档 Server-Sent Events。由于是服务器端到客户端的单向通信,所以在 Server-Sent Events 中没有 postMessage 方法。

首先,在客户端通过 JavaScript 代码 new 一个 EventSource 实例出来,参数是实现 EventSource 服务器端 URL 地址。然后在这个实例上监听 onmessage 事件接收服务器端发送过来的数据。

清单 11. 创建 EventSource 对象,并监听 onmessage 事件
 if (!!window.EventSource) { 
 // 创建 EventSource 实例,传入 server 地址
	  var source = new EventSource('/TestHTML5/ServerSentEvent'); 
	 } else { 
	  console.log("Your browser doesn't support server-sent event"); 
 } 
 // 监听 message 事件,等待接收服务器端发送过来的数据
 source.addEventListener('message', function(event) { 
		 //event 参数中有 data 属性,就是服务器发送过来的数据
	  console.log(event.data); 
 }, false); 

 //EventSource 还提供了 onopen 以及 onerror 事件
 source.addEventListener('open', function(event) { 
 }, false); 

 source.addEventListener('error', function(event) { 
	 if (event.readyState == EventSource.CLOSED) { 
	  } 
 }, false);

服务器端,在 Java 语言实现的 Servlet doGet 方法中使用 response 对象向客户端写数据

清单 10. 服务器端简单实现
 // 这里必须设置 Content-Type 为 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); 
 // 向客户端写两行数据
 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();
图 6. Server-Sent Events 运行结果
Server-Sent Events 运行结果

结束语

本文详细介绍了 postMessage(send)和 onmessage API 在客户端的应用情况,可以看到在不同的场景中这两个方法的应用模式都是类似的。postMessage 的作用就是传递数据,而 onmessage 的作用就是接收数据。掌握此组 API 对以后开发 HTML 5 应用程序将会有所帮助。本文 Web Workers,Cross-document messaging,WebSockets 的代码在 Firefox 14 下通过测试,Server-Sent Events 的代码在 Chrome 16 下通过测试。


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示例代码TestHTML5.zip13KB

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ArticleTitle=HTML5 postMessage 和 onmessage API 详细应用
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