ChatGPT 打字机消息回复实现原理

🔔概述：

相较于繁重的 WebSockets，SSE 无疑是 H5 简单即时数据更新的轻量级代替方案。

1 背景

​ 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。

2023-04-09 16.09.32

2 概述

​ 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：

 
js
复制代码
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（event、id、retry、data）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"}'。

 
js
复制代码
: 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 onmessage、onopen 和 onerror 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。

 
js
复制代码
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。

 
js
复制代码
// 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。
 
js
复制代码
// 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（onopen、onmessage、onerror）的形式。

 
js
复制代码
/ 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（open、message、error）。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 实践

5.1 服务端

​ 使用 Node.js 实现 SSE 的简单示例：

 
js
复制代码
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`)
      id++
      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

 
html
复制代码
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <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>
<body>
  <h1>SSE Demo</h1>
  <button onclick="connectSSE()">建立 SSE 连接</button>  
  <button onclick="closeSSE()">断开 SSE 连接</button>
  <br />
  <br />
  <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.js 和 index.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。

2023-05-09 21.12.02

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。

image-20230409024847028

​ 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：

 
js
复制代码
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

 
js
复制代码
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))
      id++
      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

 
html
复制代码
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <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>
<body>
  <h1>fetchSSE Demo</h1>
  <button onclick="connectFetch()">建立 fetchSSE 连接</button>
  <button onclick="closeSSE()">断开 fetchSSE 连接</button>
  <br />
  <br />
  <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 XMLHttpRequest，fetch 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) 和 AbortSignal 实现 fetch 请求终止操作。

​ 将上面的两份代码保存为 server-fetch.js 和 index-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。

2023-05-09 21.14.46

8 总结

​ 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。

 
posted @ 2023-05-17 18:13  CharyGao  阅读(1031)  评论(0)  编辑  收藏  举报