асинхронное программирование

Введение в Ajax

Update: Более новый материал по этой теме находится по адресу https://learn.javascript.ru/ajax-intro.

В этой статье AJAX описывается на уровне возможностей и примеров. Рассмотрены особенности асинхронного взаимодействия и примеры использования, но с минимумом технических деталей.

Надеюсь, она будет полезна для понимания, что такое AJAX и с чем его едят.

Что такое AJAX ? Пример реализации.

AJAX, или, более длинно, Asynchronous Javascript And Xml - технология для взаимодействия с сервером без перезагрузки страниц.

За счет этого уменьшается время отклика и веб-приложение по интерактивности больше напоминает десктоп.

Например, при нажатии кнопки голосовать - из браузера на сервер будет отправлено сообщение, а сервер ответит браузеру, что голос принят.

Vote

Здесь будет ответ сервера

Технология AJAX, как указывает первая буква A в ее названии - асинхронна, т.е браузер, отослав запрос, может делать что угодно, например, показать сообщение
об ожидании ответа, прокручивать страницу, и т.п.

Вот код кнопки в примере выше:

<input value="Голосовать!" onclick="vote()" type="button" />

При нажатии она вызывает функцию vote, которая отправляет запрос на сервер, ждет ответа, а затем показывает сообщение об этом в div'е под кнопкой:

<div id="vote_status">Здесь будет ответ сервера</div>

Далее мы разберем, как она работает, более подробно.

Для обмена данными с сервером используется специальный объект XmlHttpRequest, который умеет отправлять запрос и получать ответ с сервера. Кроссбраузерно создать такой объект можно, например, так:

function getXmlHttp(){
  var xmlhttp;
  try {
    xmlhttp = new ActiveXObject("Msxml2.XMLHTTP");
  } catch (e) {
    try {
      xmlhttp = new ActiveXObject("Microsoft.XMLHTTP");
    } catch (E) {
      xmlhttp = false;
    }
  }
  if (!xmlhttp && typeof XMLHttpRequest!='undefined') {
    xmlhttp = new XMLHttpRequest();
  }
  return xmlhttp;
}

Более подробно о деталях реализации AJAX с использованием XmlHttpRequest и других транспортов можно почитать в разделе про общение с сервером.

Здесь мы не будем на этом останавливаться и перейдем сразу к функции vote:

// javascript-код голосования из примера
function vote() {
	// (1) создать объект для запроса к серверу
	var req = getXmlHttp()  
       
        // (2)
	// span рядом с кнопкой
	// в нем будем отображать ход выполнения
	var statusElem = document.getElementById('vote_status') 
	
	req.onreadystatechange = function() {  
        // onreadystatechange активируется при получении ответа сервера

		if (req.readyState == 4) { 
            // если запрос закончил выполняться

			statusElem.innerHTML = req.statusText // показать статус (Not Found, ОК..)

			if(req.status == 200) { 
                 // если статус 200 (ОК) - выдать ответ пользователю
				alert("Ответ сервера: "+req.responseText);
			}
			// тут можно добавить else с обработкой ошибок запроса
		}

	}

       // (3) задать адрес подключения
	req.open('GET', '/ajax_intro/vote.php', true);  

	// объект запроса подготовлен: указан адрес и создана функция onreadystatechange
	// для обработки ответа сервера
	 
        // (4)
	req.send(null);  // отослать запрос
  
        // (5)
	statusElem.innerHTML = 'Ожидаю ответа сервера...' 
}

Поток выполнения, использованный vote, довольно типичен и выглядит так:

Функция создает объект XmlHttpRequest
назначает обработчик ответа сервера onreadystatechange
открывает соединение open
отправляет запрос вызовом send (ответ сервера принимается срабатывающей в асинхронном режиме функцией onreadystatechange)
показывает посетителю индикатор состояния процесса

Серверный обработчик, к которому обращен AJAX-запрос (в примере это vote.php) по сути ничем не отличается от обычной страницы. AJAX-запрос, отправляемый XmlHttpRequest, ничем не отличается от обычного запроса.

Просто текст, который возвращает сервер, не показывается как HTML, а читается и обрабатывается функцией onreadystatechange.

Пример: vote.php для примера с голосованием

<?php
sleep(3);
echo 'Ваш голос принят!';

Смысл AJAX - в интеграции технологий

Технология AJAX использует комбинацию:

(X)HTML, CSS для подачи и стилизации информации
DOM-модель, операции над которой производятся javascript на стороне клиента, чтобы обеспечить динамическое отображение и взаимодействие с информацией
XMLHttpRequest для асинхронного обмена данными с веб-сервером. В некоторых AJAX-фреймворках и в некоторых ситуациях, вместо XMLHttpRequest используется IFrame, SCRIPT-тег или другой аналогичный транспорт.
JSON часто используется для обмена данными, однако любой формат подойдет, включая форматированный HTML, текст, XML и даже какой-нибудь EBML

Типичное AJAX-приложение состоит как минимум из двух частей.

Первая выполняется в браузере и написана, как правило, на JavaScript, а вторая - находится на сервере и написана, например, на Ruby, Java или PHP .

Между этими двумя частями происходит обмен данными через XMLHttpRequest(или другой транспорт).

Что я могу сделать с помощью AJAX ?

Смысл AJAX - в интерактивности и быстром времени отклика.

Небольшие элементы управления

В первую очередь AJAX полезен для небольших элементов, связанных с элементарными действиями: добавить в корзину, подписаться, и т.п.

Динамическая подгрузка данных с сервера.

Например, дерево, узлы которого подгружаются по мере раскрытия.

Бесконечное дерево

Незаметные для пользователя действия.

Например, при редактировании статьи - каждые 10 минут результаты автосохраняются на сервере.

Непрерывная подзагрузка информации с сервера.

Самый типичный пример - чат. В окошко постоянно поступают все новые сообщения, непрерывно подгружаемые с сервера. И, опять же, через AJAX, без перезагрузки страницы, пользователь может
отсылать сообщения на сервер.

Существуют другие предложения подобного рода, например, отображающие биржевые котировки в реальном времени.

Пример. Google suggest.

Google - одна из первых систем, которая предложила "живой поиск", live search. Пользователь печатает поисковую фразу, а система автодополняет ее, получая
список самых вероятных дополнений с сервера.

Код, который это обеспечивает, работает следующим образом.

Активируется примерно при каждом нажатии клавиши
- Время посылки последнего запроса отслеживается
- Для "обычной" скорости печати - запрос отсылается при каждом нажатии
- Для "программистской" скорости - каждые несколько нажатий
Создается скрытый DIV, который показывается при начале печати
DIV заполняется ответом сервера
- Текущий результат подсвечен, можно перемещаться и выбирать
- При нажатии правой стрелки, поиск в подрезультатах
Результаты кэшируются
- при нажатии на "удалить", обращения к серверу не происходит
Время на осуществление запроса отслеживается для управления частотой запросов к серверу
- Обычный модем будет обращаться к серверу меньше,
- Подключение по выделенной линии - запросы идут чаще.

Пример. Gmail.

Раз уж взялись за Google - рассмотрим почтовый сервис той же компании, http://gmail.com.

На момент его появления он явился единственным открытым почтовым сервисом, использующим AJAX для следующих фич.

Проверка ошибок ввода формы ДО сабмита
На сервер передается имя пользователя, результат проверки возвращается на страницу.
"Мгновенная" загрузка
Браузер обращается к серверу только за данными, а не обновляет весь громоздкий интерфейс
Автоматическая "доставка" писем в открытую папку
Время от времени отправляется запрос на сервер и, если пришли новые письма, они появляются в браузере.
Автодополнение
Достаточно ввести первые буквы имени адресата, и остальные дополняются автоматически, как в десктоп-приложениях.

Результат: обширная популярность, высокий спрос на account'ы с момента открытия.

Синхронная модель VS Асинхронная модель

В обычном программировании все операции носят синхронный характер, т.е выполняются одна за другой.

Условно говоря, мы действуем так:

закидываем удочку
ждем, когда клюнет
клюнуло - включаем подтяжку спиннинга

При асинхронном подходе мы:

вешаем на удило специальный детектор клева, задаем ему тянуть спиннинг, когда клюнет
закидываем удочку
занимаемся другими делами
детектор клева срабатывает, запуская подтяжку спиннинга

Т.е, в синхронном случае удочка постоянно приковывает наше внимание. Ловля рыбы - последовательный процесс.

В асинхронном варианте - мы сначала задали программу, что делать при клеве, а затем опустили удочку ловить и занялись другими делами.
Например, поставили еще 5 таких удочек.

Асинхронное программирование сложнее, чем синхронное, и поначалу непривычно, т.к в нем заранее задается то, что сработает после.
Т.е, программу "что делать, когда клюнет" нужно задать до того, как клюнуло, и вообще неизвестно, есть ли в водоеме рыба.

Существуют приемы, облегчающие асинхронное программирование, например, отложенный объект Deferred (Twisted,Dojo,Mochikit), но об этом - в отдельной статье.

Синхронная и асинхронная модель в AJAX

Вернемся к нашим баранам: браузеру, серверу и, скажем, базе данных.

В синхронной модели браузер отправляет запрос на сервер и висит, ждет, пока тот совершит всю необходимую работу. Сервер выполняет запросы к базе данных, заворачивает ответ в необходимый формат и выводит его. Браузер. получив ответ, вызывает функцию показа.

Все процессы выполняются последовательно, один за другим.

Сетевые задержки включены во время ожидания, обозначенное на схеме серым цветом.

Пользователь не может заниматься чем-то другим на этой же странице, пока происходит синхронный обмен данными.

В асинхронной модели запрос отсылается ("удочка поставлена"), и можно заняться чем-то другим. Когда запрос выполнился ("клюнуло") - запускается заранее
подготовленная программистом функция ("подтянуть спиннинг") показа сообщения сервера.

Здесь сервер сразу же уведомляет браузер о том, что запрос принят в обработку и освобождает его для дальнейшей работы. Когда ответ будет готов - сервер перешлет его, и на браузере будет вызвана соответствующая функция показа, но пока этот ответ формируется и пересылается - браузер свободен.

Пользователь может написать комментарии, заполнить и отослать форму и т.п: Могут производиться новые асинхронные запросы.

Асинхронная модель характеризуется почти мгновенной реакцией на действия пользователя, так что создается впечатление удобного и быстрого приложения.

Например, в примере с голосованием выше - кнопка срабатывает сразу, хотя реальный учет голоса происходит позднее, после обработки сообщения сервером.

Из-за такого разрыва между действием и реальным результатом приложение становится гораздо более чувствительно к ошибкам.

Особенно в случае нескольких одновременных асинхронных запросов, нужно заботиться об очередности выполнения и ответа (race-conditions) и, в случае ошибки, оставлять приложение в целостном (consistent) состоянии.

Особенности асинхронной модели

Сложность в реализации
- Недостаточные возможности браузера (javascript)
- Асинхронная модель сложнее для отладки
Race conditions
- Неопределена последовательность выполнения
- Можно делать много одновременных задач ("удочек"), но задача, начатая первой, может окончиться последней.
Реакция тут же, но неизвестно, какой будет результат. Усложнена обработка ошибок
- Ошибок коммуникации - разрыв связи, и т.п.
- Пользовательских ошибок - например, не хватило привилегий
Контроль целостности (bugproof)
- Например, редактор отправил асинхронный запрос на удаление ветки дерева. Добавление в нее нужно отключить, пока не придет ответ сервера. Если вдруг не хватило привилегий, то операция не удалась.
Интерактивность
Быстрый интерфейс

Плюсов всего два, зато какие! Овчинка стоит выделки.

Асинхронный drag'n'drop.

Иногда для асинхронных операций необходимо делать различные "финты ушами". Например, хочется сделать drag'n'drop в дереве, т.е перетаскивать статьи из одного раздела в другой мышкой, и чтобы они на сервере в базе данных меняли родителя.

Drag'n'drop - это "взял мышей объект - положил куда надо - готово". Но в асинхронной модели не может быть все прям сразу "готово".
Надо проверить привилегии на сервере, проверить, существует ли еще объект, вдруг его удалил другой пользователь.

Надо как-то показать, что процесс пошел, но результат "ща будет..". А как? В асинхронной модели указатель мыши не может просто так зависнуть над объектом, превратившись в часики.

В таком случае применяют либо синхронные запросы к серверу - и тогда все действительно подвисает, либо оригинальный выход - положить объект, как будто он перенесен, и проинформировать анимированной иконкой об ожидании ответа.
Если ответ отрицателен - обработчик ответа переносит объект обратно.

Stale context, устаревший контекст

В примере с drag'n'drop также затронута проблема "stale context" - устаревшего контекста.

Веб - многопользовательская среда. Если для навигации используется,
скажем, дерево статей, то над ним работают много человек. Один из них может удалить ветку дерева, над которой работает другой: конфликт.

Как правило, для преодоления таких казусов используются следующие средства:

Политика редактирования

Это когда все знают кто чего делает и на уровне деления полномочий и личного общения такие удаления согласовывают. Вариант заведомо небезопасный, но обычно работающий.

Локинг и/или версионный контроль

Локинг - блокирование редактируемых документов.

Версионный контроль - каждый новый документ становится версией, так что изменения никогда не теряются. Версионность влечет за собой конфликты, когда Петя начал редактировать документ раньше Васи, а сохранил - позже. При этом в последней версии изменения Васи оказались потеряны, хотя предпоследняя (Васина) версия в системе обязательно есть.

Более подробно о локинге и версионности можно почитать, например, в документации к системе версионного контроля Subversion.

Автообновление контекста

Проблема устаревшего контента может быть на 99% решена при помощи мгновенного автообновления.

Браузер держит постоянное соединение с сервером (или делает время от времени корректирующие запросы) - и нужные изменения отсылаются по этому каналу.

Например, в раскрытую ветку дерева иногда подгружаются новые статьи, в открытый почтовый интерфейс - новые письма.

Вообще, проблема устаревшего контекста напрямую относится к задаче целостности данных. За конечную проверку целостности, как и при валидации форм, в любом случае несет ответственность сервер.

Автор: Onis, дата: 15 июля, 2008 - 22:08

Введение в Ajax

Учебник javascript

Основные элементы языка

Сундучок с инструментами

Интерфейсы

Все об AJAX

Оптимизация

Разное