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​ 在使用 ChatGPT 时,发现输入 prompt 后,页面是逐步给出回复的,起初以为使用了 WebSckets 持久化连接协议,查看其网络请求,发现这个接口的通信方式并非传统的 http 接口或者 WebSockets,而是基于 EventStream 的事件流,像打字机一样,一段一段的返回答案。

​ ChatGPT 是一个基于深度学习的大型语言模型,处理自然语言需要大量的计算资源和时间,响应速度肯定比普通的读数据库要慢的多,普通 http 接口等待时间过长,显然并不合适。对于这种单项对话场景,ChagtGPT 将先计算出的数据“推送”给用户,边计算边返回,避免用户因为等待时间过长关闭页面。而这,可以采用 SSE 技术。

​ Server-Sent Events 服务器推送事件,简称 SSE,是一种服务端实时 主动 向浏览器推送消息的技术。

​ SSE 是 HTML5 中一个与通信相关的 API,主要由两部分组成:服务端与浏览器端的通信协议( HTTP 协议)及浏览器端可供 JavaScript 使用的 EventSource 对象。

​ 从“服务端主动向浏览器实时推送消息”这一点来看,该 API 与 WebSockets API 有一些相似之处。但是,该 API 与 WebSockers API 的不同之处在于:

Server-Sent Events API WebSockets API
基于 HTTP 协议 基于 TCP 协议
单工,只能服务端单向发送消息 全双工,可以同时发送和接收消息
轻量级,使用简单 相对复杂
内置断线重连和消息追踪的功能 不在协议范围内,需手动实现
文本或使用 Base64 编码和 gzip 压缩的二进制消息 类型广泛
支持自定义事件类型 不支持自定义事件类型
连接数 HTTP/1.1 6 个,HTTP/2 可协商(默认 100) 连接数无限制

3 服务端实现

3.1 协议

​ SSE 协议非常简单,本质是浏览器发起 http 请求,服务器在收到请求后,返回状态与数据,并附带以下 headers:

Content-Type: text/event-stream
Cache-Control: no-cache
Connection: keep-alive
  • SSE API规定推送事件流的 MIME 类型为 text/event-stream
  • 必须指定浏览器不缓存服务端发送的数据,以确保浏览器可以实时显示服务端发送的数据。
  • SSE 是一个一直保持开启的 TCP 连接,所以 Connection 为 keep-alive。
  • 3.2 消息格式

    ​ EventStream(事件流)为 UTF-8 格式编码的文本或使用 Base64 编码和 gzip 压缩的二进制消息。

    ​ 每条消息由一行或多行字段(eventidretrydata)组成,每个字段组成形式为:字段名:字段值。字段以行为单位,每行一个(即以 \n 结尾)。以冒号开头的行为注释行,会被浏览器忽略。

    ​ 每次推送,可由多个消息组成,每个消息之间以空行分隔(即最后一个字段以\n\n结尾)。

    📢 注意:

  • 除上述四个字段外,其他所有字段都会被忽略。
  • 如果一行字段中不包含冒号,则整行文本将被视为字段名,字段值为空。
  • 注释行可以用来防止链接超时,服务端可以定期向浏览器发送一条消息注释行,以保持连接不断。
  • 3.2.1 event

    ​ 事件类型。如果指定了该字段,则在浏览器收到该条消息时,会在当前 EventSource 对象(见 4)上触发一个事件,事件类型就是该字段的字段值。可以使用 addEventListener 方法在当前 EventSource 对象上监听任意类型的命名事件。

    ​ 如果该条消息没有 event 字段,则会触发 EventSource 对象 onmessage 属性上的事件处理函数。

    3.2.2 id

    ​ 事件ID。事件的唯一标识符,浏览器会跟踪事件ID,如果发生断连,浏览器会把收到的最后一个事件ID放到 HTTP Header Last-Event-Id 中进行重连,作为一种简单的同步机制。

    ​ 例如可以在服务端将每次发送的事件ID值自动加 1,当浏览器接收到该事件ID后,下次与服务端建立连接后再请求的 Header 中将同时提交该事件ID,服务端检查该事件ID是否为上次发送的事件ID,如果与上次发送的事件ID不一致则说明浏览器存在与服务器连接失败的情况,本次需要同时发送前几次浏览器未接收到的数据。

    3.2.3 retry

    ​ 重连时间。整数值,单位 ms,如果与服务器的连接丢失,浏览器将等待指定时间,然后尝试重新连接。如果该字段不是整数值,会被忽略。

    ​ 当服务端没有指定浏览器的重连时间时,由浏览器自行决定每隔多久与服务端建立一次连接(一般为 30s)。

    3.2.4 data

    ​ 消息数据。数据内容只能以一个字符串的文本形式进行发送,如果需要发送一个对象时,需要将该对象以一个 JSON 格式的字符串的形式进行发送。在浏览器接收到该字符串后,再把它还原为一个 JSON 对象。

    3.3 示例

    ​ 如下事件流示例,共发送了 4 条消息,每条消息间以一个空行作为分隔符。

    ​ 第一条仅仅是个注释,因为它以冒号开头。

    ​ 第二条消息只包含一个 data 字段,值为 'this is second message'。

    ​ 第三条消息包含两个 data 字段,其会被解析为一个字段,值为 'this is third message part 1\nthis is third message part 2'。

    ​ 第四条消息包含完整四个字段,指定了事件类型为 'server-time',事件id 为 '1',重连时间为 '30000'ms,消息数据为 JSON 格式的 '{"text": "this is fourth message", "time": "12:00:00"}'。

    : this is first message\n\n
    data: this is second message\n\n
    data: this is third message part one\n
    data this is third message part two\n\n
    event: server-time\n
    id: 1
    retry: 30000\n
    data: {"text": "this is fourth message", "time": "2023-04-09 12:00:00"}\n\n
    

    4 浏览器 API

    ​ 在浏览器端,可以使用 JavaScript 的 EventSource API 创建 EventSource 对象监听服务器发送的事件。一旦建立连接,服务器就可以使用 HTTP 响应的 'text/event-stream' 内容类型发送事件消息,浏览器则可以通过监听 EventSource 对象的 onmessageonopenonerror 事件来处理这些消息。

    4.1 建立连接

    ​ EventSource 接受两个参数:URL 和 options。

    ​ URL 为 http 事件来源,一旦 EventSource 对象被创建后,浏览器立即开始对该 URL 地址发送过来的事件进行监听。

    ​ options 是一个可选的对象,包含 withCredentials 属性,表示是否发送凭证(cookie、HTTP认证信息等)到服务端,默认为 false。

    const eventSource = new EventSource('http_api_url', { withCredentials: true })
    

    ​ 与 XMLHttpRequest 对象类型,EventSource 对象有一个 readyState 属性值,具体含义如下表:

    readyState含义
    0浏览器与服务端尚未建立连接或连接已被关闭
    1浏览器与服务端已成功连接,浏览器正在处理接收到的事件及数据
    2浏览器与服务端建立连接失败,客户端不再继续建立与服务端之间的连接

    ​ 可以使用 EventSource 对象的 close 方法关闭与服务端之间的连接,使浏览器不再建立与服务端之间的连接。

    // 初始化 eventSource 等省略
    // 关闭连接
    eventSource.close()
    

    4.2 监听事件

    ​ EventSource 对象本身继承自 EventTarget 接口,因此可以使用 addEventListener() 方法来监听事件。EventSource 对象触发的事件主要包括以下三种:

  • open 事件:当成功连接到服务端时触发。
  • message 事件:当接收到服务器发送的消息时触发。该事件对象的 data 属性包含了服务器发送的消息内容。
  • error 事件:当发生错误时触发。该事件对象的 event 属性包含了错误信息。
  • // 初始化 eventSource 等省略
    eventSource.addEventListener('open', function(event) {
      console.log('Connection opened')
    eventSource.addEventListener('message', function(event) {
      console.log('Received message: ' + event.data);
    // 监听自定义事件
    eventSource.addEventListener('xxx', function(event) {
      console.log('Received message: ' + event.data);
    eventSource.addEventListener('error', function(event) {
      console.log('Error occurred: ' + event.event);
    

    ​ 当然,也可以采用属性监听(onopenonmessageonerror)的形式。

    / 初始化 eventSource 等省略
    eventSource.onopen = function(event) {
      console.log('Connection opened')
    eventSource.onmessage = function(event) {
      console.log('Received message: ' + event.data);
    eventSource.onerror = function(event) {
      console.log('Error occurred: ' + event.event);
    

    📢注意:

    EventSource 对象的属性监听只能监听预定义的事件类型(openmessageerror)。不能用于监听自定义事件类型。如果要实现自定义事件类型的监听,可以使用 addEventListener() 方法。

    5.1 服务端

    ​ 使用 Node.js 实现 SSE 的简单示例:

    const http = require('http')
    const fs = require('fs')
    http.createServer((req, res) => {
      const url = req.url
      if (url === '/' || url === 'index.html') {
        // 如果请求根路径,返回 index.html 文件
        fs.readFile('index.html', (err, data) => {
          if (err) {
            res.writeHead(500)
            res.end('Error loading')
          } else {
            res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/html'})
            res.end(data)
      } else if (url.includes('/sse')) {
        // 如果请求 /events 路径,建立 SSE 连接
        res.writeHead(200, {
          'Content-Type': 'text/event-stream',
          'Cache-Control': 'no-cache',
          'Connection': 'keep-alive',
          'Access-Control-Allow-Origin': '*', // 允许跨域
        // 每隔 1 秒发送一条消息
        let id = 0
        const intervalId = setInterval(() => {
          res.write(`event: customEvent\n`)
          res.write(`id: ${id}\n`)
          res.write(`retry: 30000\n`)
          const params = url.split('?')[1]
          const data = { id, time: new Date().toISOString(), params }
          res.write(`data: ${JSON.stringify(data)}\n\n`)
          if (id >= 10) {
            clearInterval(intervalId)
            res.end()
        }, 1000)
        // 当客户端关闭连接时停止发送消息
        req.on('close', () => {
          clearInterval(intervalId)
          id = 0
          res.end()
      } else {
        // 如果请求的路径无效,返回 404 状态码
        res.writeHead(404)
        res.end()
    }).listen(3000)
    console.log('Server listening on port 3000')
    

    5.2 浏览器

    <!DOCTYPE html>
    <html lang="en">
      <meta charset="UTF-8">
      <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
      <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
      <title>SSE Demo</title>
    </head>
      <h1>SSE Demo</h1>
      <button onclick="connectSSE()">建立 SSE 连接</button>  
      <button onclick="closeSSE()">断开 SSE 连接</button>
      <div id="message"></div>
      <script>
        const messageElement = document.getElementById('message')
        let eventSource
        // 建立 SSE 连接
        const connectSSE = () => {
          eventSource = new EventSource('http://127.0.0.1:3000/sse?content=xxx')
          // 监听消息事件
          eventSource.addEventListener('customEvent', (event) => {
            const data = JSON.parse(event.data)
            messageElement.innerHTML += `${data.id} --- ${data.time} --- params参数:${JSON.stringify(data.params)}` + '<br />'
          eventSource.onopen = () => {
            messageElement.innerHTML += `SSE 连接成功,状态${eventSource.readyState}<br />`
          eventSource.onerror = () => {
            messageElement.innerHTML += `SSE 连接错误,状态${eventSource.readyState}<br />`
        // 断开 SSE 连接
        const closeSSE = () => {
          eventSource.close()
          messageElement.innerHTML += `SSE 连接关闭,状态${eventSource.readyState}<br />`
      </script>
    </body>
    </html>
    

    ​ 将上面的两份代码保存为 server.jsindex.html,并在命令行中执行 node server.js 启动服务端,然后在浏览器中打开 http://localhost:3000 即可看到 SSE 效果。

    6 兼容性

    ​ 发展至今,SSE 已具有广泛的的浏览器兼容性,几乎除 IE 之外的浏览器均已支持。

    ​ 对于不支持 EventSource 的浏览器,可以使用 polyfill 实现。判断浏览器是否支持 EventSource:

    if(typeof(EventSource) !== “undefined”) {
    	// 支持
    } else {
    	// 不支持,使用 polyfill
    

    7 Fetch 实现

    ​ 虽然使用 SSE 技术可以实现 ChatGPT 一样的打字机效果,但是通过上文请求 type 对比可以发现,在使用 SSE 时,type 为 eventSource,而 ChatGPT 为 fetch。且受浏览器 EventSource API 限制,在使用 SSE 时不能自定义请求头、只能发出 GET 请求,且在大多数浏览器中,URL 限制 2000个字符,也无法满足 ChatGPT 参数传递需求。

    ​ 此时,可以使用 Fetch API 实现一个替代接口,用于模拟 SSE 实现。简单实现如下:

    7.1 服务端

    const http = require('http')
    const fs = require('fs')
    http.createServer((req, res) => {
      const url = req.url
      if (url === '/' || url === 'index-fetch.html') {
        // 如果请求根路径,返回 ndex-fetch.html 文件
        fs.readFile('index-fetch.html', (err, data) => {
          if (err) {
            res.writeHead(500)
            res.end('Error loading')
          } else {
            res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/html'})
            res.end(data)
      } else if (url.includes('/fetch-sse')) {
        // 如果请求 /events-fetch 路径,建立连接
        res.writeHead(200, {
          'Content-Type': 'text/event-stream',
          'Cache-Control': 'no-cache',
          'Connection': 'keep-alive',
          'Access-Control-Allow-Origin': '*', // 允许跨域
        let body = ''
        req.on('data', chunk => {
          body += chunk
        // 每隔 1 秒发送一条消息
        let id = 0
        const intervalId = setInterval(() => {
          const data = { id, time: new Date().toISOString(), body: JSON.parse(body) }
          res.write(JSON.stringify(data))
          if (id >= 10) {
            clearInterval(intervalId)
            res.end()
        }, 1000)
        // 当客户端关闭连接时停止发送消息
        req.on('close', () => {
          clearInterval(intervalId)
          id = 0
          res.end()
      } else {
        // 如果请求的路径无效,返回 404 状态码
        res.writeHead(404)
        res.end()
    }).listen(3001)
    console.log('Server listening on port 3001')
    

    7.2 浏览器

    <!DOCTYPE html>
    <html lang="en">
      <meta charset="UTF-8">
      <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
      <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
      <title>fetchSSE Demo</title>
    </head>
      <h1>fetchSSE Demo</h1>
      <button onclick="connectFetch()">建立 fetchSSE 连接</button>
      <button onclick="closeSSE()">断开 fetchSSE 连接</button>
      <div id="message"></div>
      <script>
        const messageElement = document.getElementById('message')
        let controller
        // 建立 FETCH-SSE 连接
        const connectFetch = () => {
          controller = new AbortController()
          fetchEventSource('http://127.0.0.1:3001/fetch-sse', {
            method: 'POST',
            body: JSON.stringify({
              content: 'xxx'
            signal: controller.signal,
            onopen: () => {
              messageElement.innerHTML += `FETCH 连接成功<br />`
            onclose: () => {
              messageElement.innerHTML += `FETCH 连接关闭<br />`
            onmessage: (event) => {
              const data = JSON.parse(event)
              messageElement.innerHTML += `${data.id} --- ${data.time} --- body参数:${JSON.stringify(data.body)}` + '<br />'
            onerror: (e) => {
              console.log(e)
        // 断开 FETCH-SSE 连接
        const closeSSE = () => {
          if (controller) {
            controller.abort()
            controller = undefined
            messageElement.innerHTML += `FETCH 连接关闭<br />`
        const fetchEventSource = (url, options) => {
          fetch(url, options)
            .then(response => {
              if (response.status === 200) {
                options.onopen && options.onopen()
                return response.body
            .then(rb => {
              const reader = rb.getReader()
                const push = () => {
                  // done 为数据流是否接收完成,boolean
                  // value 为返回数据,Uint8Array
                  return reader.read().then(({done, value}) => {
                    if (done) {
                      options.onclose && options.onclose()
                      return
                    options.onmessage && options.onmessage(new TextDecoder().decode(value))
                    // 持续读取流信息
                    return push()
                // 开始读取流信息
                return push()
            .catch((e) => {
              options.error && options.error(e)
    </script>
    </html>
    

    💡不同于 XMLHttpRequestfetch 并未原生提供终止操作方法,可以通过 DOM API [AbortController](https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/AbortController)AbortSignal 实现 fetch 请求终止操作。

    ​ 将上面的两份代码保存为 server-fetch.jsindex-fetch.html,并在命令行中执行 node server-fetch.js 启动服务端,然后在浏览器中打开 http://localhost:3001 即可看到 fetch 版 SSE 效果。

    ​ SSE 技术是一种轻量级的实时通信技术,基于 HTTP 协议,具有服务端推送、断线重连、简单轻量等优点。但是,SSE 技术也有一些缺点,如不能进行双向通信、连接数受限、仅支持 get 请求等。

    ​ SSE 可以在 Web 应用程序中实现诸如股票在线数据、日志推送、聊天室实时人数等即时数据推送功能。需要注意的是,SSE 并不是适用于所有的实时推送场景。在需要高并发、高吞吐量和低延迟的场景下,WebSockets 可能更加适合。而在需要更轻量级的推送场景下,SSE 可能更加适合。因此,在选择即时更新方案时,需要根据具体的需求和场景进行选择。