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Ajax技术：构建动态的Java应用程序

                                      

      页面重载提出了一个在Web应用开发中最大的可用性障碍，对于java开发来说也是一个重大的挑战。在本系列中，作者Philip McCarthy介绍了通过后台通道的方法来创建动态Web应用的经验。Ajax（Asynchronous JavaScript and XML）是一个结合了Java技术、XML、以及JavaScript的编程技术，可以让你构建基于Java技术的Web应用，并打破了使用页面重载的惯例。

       Ajax，异步JavaScript与XML，是使用客户端脚本与Web服务器交换数据的Web应用开发方法。这样，Web页面不用打断交互流程进行重新加裁，就可以动态地更新。使用Ajax，你可以创建接近本地桌面应用的，直接的、高可用的、更丰富的、更动态的Web用户接口界面。

       Ajax不是一个技术，它更像是一个模式—标志并描述有用的设计技巧的一种方法。对于刚了解它的许多开发人员来说，它是一种新的感觉，但是实现Ajax的所有组件都已存在了许多年。当前的热闹是因为在2004与2005年出现了一些基于Ajax的非常动态的WebUI，尤其是Google的GMail与Maps应用系统、与照片共享网站Flickr。这些UI充分地使用了后台通道，也被一些开发者称为“Web 2.0”，并导致了大家对Ajax应用兴趣的猛涨。

      在本系列中，我将给出所有你需要的开发你自己的Ajax应用的工具。在文章中，我将解释在Ajax背后的概念，示范为基于Web的应用系统创建一个Ajax接口的基本步骤。我将使用示例代码来示范实现Ajax动态接口的服务器端Java代码与客户端JavaScript脚本。最后，我将指出一些Ajax方法中易犯的错误，以及在创建Ajax应用时应该考虑的广泛范围内的可用性与易访问性方面的问题。

      一个更好的购物车

      你可以使用Ajax来加强传统的Web应用，通过消除页面载入来使交互更流畅。为了示范它，我将使用一个简单的，能动态更新加入的物品购物车。结合一个在线商店，这个方法可以不用等待点击后的页面重载，而让我们继续浏览并挑选物品到购物车中。虽然，本文中的代码针对购物车例子，但其中展示的技术可以用到其它的Ajax应用中。列表1中展示了购物车示例所使用的HTML代码。在整篇文章中，我都将会引用到这些HTML代码。

      列表1：购物车示例的相关代码片断

<!-- Table of products from store's catalog, one row per item -->
<th>Name</th> <th>Description</th> <th>Price</th> <th></th>

<tr>
  <!-- Item details -->
  <td>Hat</td> <td>Stylish bowler hat</td> <td>$19.99</td>
  <td>
    <!-- Click button to add item to cart via Ajax request -->
    <button onclick="addToCart('hat001')">Add to Cart</button>
  </td>
</tr>

<!-- Representation of shopping cart, updated asynchronously -->
<ul id="cart-contents">
  <!-- List-items will be added here for each item in the cart -->
</ul>
<!-- Total cost of items in cart displayed inside span element -->
Total cost: <span id="total">$0.00</span>

      Ajax处理过程

      一个Ajax交互从一个称为XMLHttpRequest的JavaScript对象开始。如同名字所暗示的，它允许一个客户端脚本来执行HTTP请求，并且将会解析一个XML格式的服务器响应。Ajax处理过程中的第一步是创建一个XMLHttpRequest实例。使用HTTP方法（GET或POST）来处理请求，并将目标URL设置到XMLHttpRequest对象上。

      现在，记住Ajax如何首先处于异步处理状态？当你发送HTTP请求，你不希望浏览器挂起并等待服务器的响应，取而代之的是，你希望通过页面继续响应用户的界面交互，并在服务器响应真正到达后处理它们。要完成它，你可以向XMLHttpRequest注册一个回调函数，并异步地派发XMLHttpRequest请求。控制权马上就被返回到浏览器，当服务器响应到达时，回调函数将会被调用。

      在Java Web服务器上，到达的请求与任何其它HttpServletRequest一样。在解析请求参数后，servlet执行必需的应用逻辑，将响应序列化到XML中，并将它写回HttpServletResponse。

     回到客户端，注册在XMLHttpRequest上的回调函数现在会被调用来处理由服务器返回的XML文档。最后，通过更新用户界面来响应服务器传输过来数据，使用JavaScript来操纵页面的HTML DOM。

      现在，你应该对Ajax处理过程有了一个高层视图。我将进入其中的每一步看看更细节的内容。如果你找不到自己的位置时，就回头再看看图1，加—因为Ajax方法的异步本质，所以时序图并不是笔直向前的。

     发送一个XMLHttpRequest

      我将从Ajax时序图的起点开始：从浏览器创建并发送一个XMLHttpRequest。不幸的是，在不同的浏览器中创建XMLHttpRequest的方法都不一样。列表2中示例的JavaScript函数消除了这些与浏览器种类相关的问题，正确检测与当前浏览器相关的方法，并返回一个可以使用的XMLHttpRequest。最好将它看成备用代码，将它简单拷贝到你的JavaScript库中，在需要一个XMLHttpRequest时使用它即可。

列表2：跨浏览器创建一个XMLHttpRequest

/**//*
 * 返回一个新建的XMLHttpRequest对象，若浏览器不支持则失败
*/
function newXMLHttpRequest() {
  var xmlreq = false;
  if (window.XMLHttpRequest) {
    // 在非Microsoft浏览器中创建XMLHttpRequest对象
    xmlreq = new XMLHttpRequest();
  } else if (window.ActiveXObject) {
    //通过MS ActiveX创建XMLHttpRequest
    try {
      // 尝试按新版InternetExplorer方法创建
      xmlreq = new ActiveXObject("Msxml2.XMLHTTP");
    } catch (e1) {
      // 创建请求的ActiveX对象失败
      try {
        // 尝试按老版InternetExplorer方法创建
        xmlreq = new ActiveXObject("Microsoft.XMLHTTP");
      } catch (e2) {
        // 不能通过ActiveX创建XMLHttpRequest
      }
    }
  }
  return xmlreq;
}

      稍后，我将讨论如何对待不支持XMLHttpReauest的浏览器的一些技巧。现在，列表2中展示的示例函数将总是可以返回一个XMLHttpReauest实例。

      回到购物车例子的场景中，只要用户针对某一个目录条目点击了Add to Cart按钮，我就要调用一个Ajax交互。名为addToCart()的onclick函数通过Ajax调用（如列表1中所示）来负责更新购物车的状态。在列表3中，addToCart()要做的第一件事就是通过调用newXMLHttpReauest函数（如列表2中所示）来获取一个XMLHttpRequest的实例，并且注册一个回调函数来接受服务器响应（我将在稍后详细解释，请参见列表6）。

      因为，此请求将会修改服务器状态，我将使用一个HTTP POST来处理它。通过POST传送数据需要三个步骤：首先，我需要打开一个到进行通讯的服务器资源的POST连接—在现在例子中是一个URL映射为cart.do的服务器端servlet。下一步，设置XMLHttpRequest的头信息，以标志请求的内容为form-encoded。最后，将form-encoded数据作为请求体，并发送此请求。

      列表3中集中展示了这些步骤。

      列表3：发送一个添加到购物车XMLHttpRequest

/      结合以上内容，你可以了解到Ajax处理过程的第一部分—就是在客户端创建并发送HTTP请求。下一步是用来处理请求的Java Servlet代码。

      Servlet请求处理

*
 * 通过产品编码，在购物车中添加一个条目
 * itemCode – 需要添加条目的产品编码
 */
function addToCart(itemCode) {
  // 获取一个XMLHttpRequest实例
  var req = newXMLHttpRequest();
  // 设置用来从请求对象接收回调通知的句柄函数
  var handlerFunction = getReadyStateHandler(req, updateCart);
  req.onreadystatechange = handlerFunction;
  // 打开一个联接到购物车servlet的HTTP POST联接
  // 第三个参数表示请求是异步的
  req.open("POST", "cart.do", true);
  // 指示请求体包含form数据
  req.setRequestHeader("Content-Type", 
                       "application/x-www-form-urlencoded");
  // 发送标志需要添加到购物车中条目的form-encoded数据
  req.send("action=add&item="+itemCode);
}

      通过一个servlet来处理XMLHttpRequest与处理一个来自浏览器的普通的HTTP请求基本上相似。可以通过调用HttpServletRequest.getParameter()来获取由POST请求体传送过来的form-encoded数据。Ajax请求也与普通的WEB请求样都成为此应用同一HttpSession会话进程的一部分。这对于购物车例子来说很有肜，因为我们可以通过会话将多个请求的状态都保存到同一个JavaBean购物车对象中，并可以序列化。

      列表4是处理Ajax请求并更新购物车的简单servlet的代码片断。从用户会话中检索出一个Cart Bean，并按请求的参数更新它。之后Cart Bean被序列化到XML，并被写回ServletRespone。注意，一定要将响应内容的类型设置为application/xml，否则，XMLHttpRequest将不能将响应内容解析为一个XML DOM。

      列表4：处理Ajax请求的Servlet代码

public void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse res)
                        throws java.io.IOException {
  Cart cart = getCartFromSession(req);
  String action = req.getParameter("action");
  String item = req.getParameter("item");
  if ((action != null)&&(item != null)) {
    // 在购物车中添加或移除一个条目
    if ("add".equals(action)) {
      cart.addItem(item);
    } else if ("remove".equals(action)) {
      cart.removeItems(item);
    }
  }
  // 将购物车状态序列化到XML
  String cartXml = cart.toXml();
  // 将XML写入response.
  res.setContentType("application/xml");
  res.getWriter().write(cartXml);
}

      列表5展示了由Cart.toXml()方法生成的XML。注意到生成的cart元素的属性，是一个通过System.currentTimeMillis()生成的时间戳。

      列表5：Cart对象序列化得到的XML

<?xml version="1.0"?>
<cart generated="1123969988414" total="$171.95">
  <item code="hat001">
    <name>Hat</name>
    <quantity>2</quantity>
  </item>
  <item code="cha001">
    <name>Chair</name>
    <quantity>1</quantity>
  </item>
  <item code="dog001">
    <name>Dog</name>
    <quantity>1</quantity>
  </item>
</cart>

      如果你观察一下下载站点提供的例子应用源码中的Cart.java，你将会看到它通过简单地追加字符串来生成XML。对于本例子来说，它已经足够了，我将会在本系统文章的以后一期中介绍一些更好的方法。

      现在你知道了CartServlet如何响应一个XMLHttpRequest。下一步是返回到客户端，如何用服务器响应来更新页面状态。

     通过JavaScript来处理服务器响应

      XMLHttpRequest的readyState属性是一个给出请求生命周期状态的数字值。它从表示“未初始化”的0变化到表示“完成”的4。每次readyState改变时，都会引发readystatechange事件，通过onreadystatechange属性配置回调处理函数将会被调用。

      在列表3中，你已看到通过调用函数getReadyStateHandler()创建了一个处理函数，并被配置给onreadystatechange属性。getReadyStateHandler()使用了这样的事实：函数是JavaScript中的主要对象。这意味着，函数可以作为参数被传递到其它函数，并且可以创建并返回其它函数。getReadystateHandler()要做是就是返回一个函数，来检查XMLHttpRequet是否已经完成处理，并传递XML服务器响应到由调用者指定的处理函数。列表6是getReadyStateHandler()的代码。

       列表6：函数getReadyStateHandler()

/**//*
 * Returns a function that waits for the specified XMLHttpRequest
 * to complete, then passes its XML response to the given handler function.
 * req - The XMLHttpRequest whose state is changing
 * responseXmlHandler - Function to pass the XML response to
 */
function getReadyStateHandler(req, responseXmlHandler) {
  // 返回一个监听XMLHttpRequest实例的匿名函数
  return function () {
    // 如果请求的状态是“完成”
    if (req.readyState == 4) {
      // 检查是否成功接收了服务器响应
      if (req.status == 200) {
        // 将载有响应信息的XML传递到处理函数
        responseXmlHandler(req.responseXML);
      } else {
        // 有HTTP问题发生
        alert("HTTP error: "+req.status);
      }
    }
  }
}

       HTTP状态码

      在列表6中，XMLHttpRequest的status属性被测试用来确定请求是否成功完成。当处理简单的GET与POST请求，你可以认为只要不是200（OK）的状态就表示发生了错误。若服务器发送了一个重定向响应（例如，301或302），浏览器会透明地完成重定向并从新位置获取相应的资源；XMLHttpRequest不会看到重定向状态码。同时，浏览器自动添加一个缓存控制：对于所有XMLHttpRequest都使用no-cache header，这样客户端代码就可以不用处理304（not-modified）响应。

      关于getReadyStateHandler()

      getReadyStateHandler()是相对比较复杂的一段代码，特别当你不能熟悉阅读JavaScript时。折中方案是在你的JavaScript库中包含此函数，你可以简单地处理Ajax服务器响应，而不用去注意XMLHttpRequest的内部细节。重要是你自己要理解在代码中如何使用getReadyStateHandler()。

      在列表3中，你看到getReadyStateHandler()被这样调用：

handlerFunction=getReadyStateHandler(req,updateCart)。

      由它返回的函数将会检查在req变量中的XMLHttpRequest是否已完成，并调用由updateCart指定的回调方法处理响应XML。

     提取购物车数据

      列表7中展示了updateCart（）中的代码。此函数使用DOM来解析购物车XML文档，并更新WEB页面（参见列表1）来反映新的购物车内容。注意对用来提取数据的XML DOM的调用。Cart元素上生成的属性，即序列化时生成的时间戳，通过检测它可以保证不会用老的数据来覆盖新的购物车数据。Ajax请求天生就是异步的，通过这个检测可以有效避免在过程外到达的服务器响应的干扰。

      列表7：更新页面来反映出购物车XML文档内容

function updateCart(cartXML) {
 // 从文档中获取根元素“cart”
 var cart = cartXML.getElementsByTagName("cart")[0];
 // 保证此文档是最新的
 var generated = cart.getAttribute("generated");
 if (generated > lastCartUpdate) {
   lastCartUpdate = generated;
   // 清除HTML列表，用来显示购物车内容
   var contents = document.getElementById("cart-contents");
   contents.innerHTML = "";
   // 在购物车内按条目循环
   var items = cart.getElementsByTagName("item");
   for (var I = 0 ; I < items.length ; I++) {
     var item = items[I];
     // 从name与quantity元素中提取文本节点
     var name = item.getElementsByTagName("name")[0].firstChild.nodeValue;
     var quantity = item.getElementsByTagName("quantity")[0].firstChild.nodeValue;
     // 为条目创建并添加到HTML列表中
     var li = document.createElement("li");
     li.appendChild(document.createTextNode(name+" x "+quantity));
     contents.appendChild(li);
   }
 }
 // 更新购物车的金额累计
 document.getElementById("total").innerHTML = cart.getAttribute("total");
}

      到现在，关于Ajax处理过程的教程已经结束，也许你想让应用运行起来，并看看它的实际运作（参见下载部分）。这个例子非常简单，有非常大的改进的余地。比如，我在服务器端代码中包含了从购物车中移除条目的代码，但从客户端UI中没有访问的途径。作为一个练习，尝试在现有的JavaScript基础上实际这个功能。

      使用Ajax的挑战

      与任何技术一样，使用Ajax在相当多的方面都可能范错误。我在这儿讨论的问题目前都缺少解决方案，并将会随着Ajax的成熟而解决或提高。随着开发Ajax应用经验的不断获取，开发者社区中将会出现最好的实践经验与指导方针。

      XMLHttpRequest的有效性

      Ajax开发者面对的一个最大问题是当XMLHttpRequest不可用时如何反应。虽然大部分现代浏览器支持XMLHttpRequest，但还是有少量的用户，他们的浏览器不能支持，或由于浏览器安全设置而阻止对XMLHttpRequest的使用。若你的Web应用发布于公司内部的Intranet上，你很可能可以指定支持哪种浏览器，并可以确保XMLHttpRequest是可用的。若你在公共WEB上发布，则你必须意识到由于假定XMLHttpRequest是可用的，所有就阻止了老浏览器、手持设备浏览器等等用户来使用你的系统。

然而，你应该尽力保证应用系统“正常降级”使用，在系统中保留适用于不支持XMLHttpRequest的浏览器的功能。在购物车例子中，最好的方法是有一个Add to Cart按钮，可以进行常规的提交处理，并刷新页面来反映购物车状态的变化。Ajax行卫可以在页面被载入时通过JavaScript添加到页面中，只在XMLHttpRequest可用的情况下，为每个Add to Cart按钮加上JavaScript处理函数。另一个方法是在用户登录时检测XMLHttpRequest，再决定是提供Ajax版本还是常规基于form提交的版本。

      可用性考虑

      围绕着Ajax应用的大部分问题都是很普通的问题。例如，让用户知道他们的输入已经被注册并处理，是很重要的，因为在XMLHttpRequest处理过程中并不能提供通常的漏斗旋转光标。一种方法是将“确认”按扭上的文本替换为“正在更新中…”，以避免用户在等待响应时多次点击按钮。

      另一个问题是，用户可能没有注意到他们正在观看的页面已经被更新。可以通过使用各种视觉技巧来将用户的眼光吸引到页面的更新区域。还有一个问题是通过Ajax更新页面打断了浏览器“退回前页”按钮的正常工作，地址栏中的URL不能反映页面的全部状态，并且不能使用书签功能。参见Resource章节中列出的网站地址上的文章来了解更多Ajax应用关于可用性方面的问题。

      服务器负载

使用Ajax界面代替传统的基于form的界面可能戏剧性地增加传递到服务器的请求数量。例如，一个普通的Google搜索给服务器造成一次命中，并在用户确认搜索表单时发生。然而，Google Suggest，将会试图自动完成你的搜索词，在用户打字时将会往服务器发送多个请求。在开发一个Ajax应用时，要注意到你将会发送多少请求到用户器端，以及服务器的负载指标。你可以通过在客户端适当地缓存请求、与服务器响应来缓减负载压力。你也应该在设计Ajax应用时尽量在客户端处理更多的逻辑，而不用与服务器端通讯。

      处理异步

一定要记住，没有任何东西可以保证XMLHttpRequest将会按照它们被发送的顺序来依次结束。实际上，你在设计系统时，脑子里应该始终假定它们不会按原来顺序结束。在购物车例子中，使用了一个最后更新的时间戳来保证最新的数据不会被改写。这个非常基本的方法可以在购物车场景中工作，但可能不能在其它情况下工作。在设计时刻就要考虑你该如何处理异步服务器响应。

      结论

你现在应该对于Ajax的基本原则有了一个良好的了解，另外，你应该理解一些更高级的随Ajax方法而来的设计问题。创建一个成功的Ajax应用需要一系列的方法—从JavaScript UI设计到服务器端架构—但是你现在应该已经具备了需要使用到的Ajax核心知识。