Ajax的原理和应用

1 、 ajax 技术的背景

 

      不可否认， ajax 技术的流行得益于 google 的大力推广，正是由于 google earth 、 google suggest 以及 gmail 等对 ajax 技术的广泛应用，催生了 ajax 的流行。而这也让微软感到无比的尴尬，因为早在 97 年，微软便已经发明了 ajax 中的关键技术，并且在 99 年 IE5 推出之时，它便开始支持 XmlHttpRequest 对象，并且微软之前已经开始在它的一些产品中应用 ajax ，比如说 MSDN 网站菜单中的一些应用。遗憾的是，不知道出于什么想法，当时微软发明了 ajax 的核心技术之后，并没有看到它的潜力而加以发展和推广，而是将它搁置起来。对于这一点来说，我个人是觉得非常奇怪的，因为以微软的资源和它的战略眼光来说，应该不会看不到 ajax 技术的前景，唯一的解释也许就是因为当时它的主要竞争对手 Netscape 的消失反而使它变得麻痹和迟钝，毕竟巨人也有打盹的时候，比如 IBM 曾经在对微软战略上的失误。正是这一次的失误，成就了它现在的竞争对手 google 在 ajax 方面的领先地位，而事实上 google 目前在 ajax 技术方面的领先是微软所无法达到的，这一点在后面我讲述 ajax 缺陷的时候也会提到。现在微软也意识到了这个问题，因此它也开始在 ajax 领域奋起直追，比如说推出它自己的 ajax 框架 atlas ，并且在 .NET2.0 也提供了一个用来实现异步回调的接口，即 ICallBack 接口。那么微软为什么对自己在 ajax 方面的落后如此紧张呢？现在就让我们来分析一下 ajax 技术后面隐藏的深刻意义。

 

2 、 ajax 技术的意义

 

     我们在平时的开发中都多多少少的接触或者应用到了 ajax ，谈到 ajax 技术的意义，我们关注得最多的毫无疑问是提升用户的体验。但是，如果我们结合将来电脑和互联网的发展趋势，我们会发现 ajax 技 术在某些方面正好代表了这种趋势。为什么这样说呢？我们知道，自从电脑出现以来，一直是桌面软件占据着绝对主导的地位，但是互联网的出现和成功使这一切开 始发生着微妙的变化。相当一部分的人都相信，迟早有一天，数据和电脑软件将会从桌面转移到互联网。也就是说，将来的电脑有可能抛弃笨重的硬盘，而直接从互 联网来获取数据和服务，我记得我念大学的时候，有位教授给我们上课的时候，曾经设想过这样一种情景，也许在将来的电脑桌面上，没有任何多余的软件和程序， 而仅仅只有一个 IE ，虽然现在看起来我们距离这一天还很遥远，并且这其中还有很多的问题需要解决，但是我觉得这个并非梦想，而是迟早将实现的现实。那么，这其中的主要问题就是互联网的连接不稳定，谁也不愿意看着自己的电脑从服务器一点一滴的下载数据，那么， ajax 是不是解决了这个问题呢，说实话，与其说 ajax 解决了这个问题，倒不如它只是掩盖了这个问题，它只是在服务器和客户端之间充当了一个缓冲器，让用户误以为服务没有中断。精确的说， ajax 并不能提高从服务器端下载数据的速度，而只是使这个等待不那么令人沮丧。但是正是这一点就足以产生巨大的影响和震动，它实际上也对桌面软件产生了巨大的冲击。这一点我用一个例子来说明，我们可以比较一下 Outlook Express 和 Gmail ，前者是典型的桌面软件，后者是 ajax 所实现的 B/S 模式，实际上后者目前已经在慢慢取代前者了， Gmail 在收发邮件的时候已经和 Outlook Express 的功能几乎没有差别了，而且它不需要安装客户端程序。这就是为什么微软对 ajax 所带来的冲击有着如此的恐惧心理，并且在它前不久所进行的调查之中，将 google 看做他们未来十年内的主要竞争对手的主要原因之一。当然，这种变化也并不会将桌面软件全部淘汰，现有的浏览器还没有一个能像 PhotoShop 等桌面程序那样处理复杂的图像。但是我们也不能忽视它带来的影响和冲击。

 

3 、关于 ajax 的名字

    ajax 的全称是 Asynchronous JavaScript and XML ，其中， Asynchronous 是异步的意思，它有别于传统 web 开发中采用的同步的方式。

4 、关于同步和异步

 

异步传输是面向字符的传输，它的单位是字符；而同步传输是面向比特的传输，它的单位是桢，它传输的时候要求接受方和发送方的时钟是保持一致的。

具体来说，异步传输是将比特分成小组来进行传送。一般每个小组是一个 8 位字符，在每个小组的头部和尾部都有一个开始位和一个停止位，它在传送过程中接收方和发送方的时钟不要求一致，也就是说，发送方可以在任何时刻发送这些小组，而接收方并不知道它什么时候到达。一个最明显的例子就是计算机键盘和主机的通信，按下一个键的同时向主机发送一个 8 比特位的 ASCII 代 码，键盘可以在任何时刻发送代码，这取决于用户的输入速度，内部的硬件必须能够在任何时刻接收一个键入的字符。这是一个典型的异步传输过程。异步传输存在 一个潜在的问题，即接收方并不知道数据会在什么时候到达。在它检测到数据并做出响应之前，第一个比特已经过去了。这就像有人出乎意料地从后面走上来跟你说 话，而你没来得及反应过来，漏掉了最前面的几个词。因此，每次异步传输的信息都以一个起始位开头，它通知接收方数据已经到达了，这就给了接收方响应、接收 和缓存数据比特的时间；在传输结束时，一个停止位表示该次传输信息的终止。按照惯例，空闲（没有传送数据）的线路实际携带着一个代表二进制 1 的信号。步传输的开始位使信号变成 0 ，其他的比特位使信号随传输的数据信息而变化。最后，停止位使信号重新变回 1 ，该信号一直保持到下一个开始位到达。例如在键盘上数字“ 1 ” ，按照 8 比特位的扩展 ASCII 编码，将发送“ 00110001 ” ，同时需要在 8 比特位的前面加一个起始位，后面一个停止位。

同步传输的比特分组要大得多。它不是独立地发送每个字符，每个字符都有自己的开始位和停止位，而是把它们组合起来一起发送。我们将这些组合称为数据帧，或简称为帧。

　　数据帧的第一部分包含一组同步字符，它是一个独特的比特组合，类似于前面提到的起始位，用于通知接收方一个帧已经到达，但它同时还能确保接收方的采样速度和比特的到达速度保持一致，使收发双方进入同步。

　　帧的最后一部分是一个帧结束标记。与同步字符一样，它也是一个独特的比特串，类似于前面提到的停止位，用于表示在下一帧开始之前没有别的即将到达的数据了。

　　同步传输通常要比异步传输快速得多。接收方不必对每个字符进行开始和停止的操作。一旦检测到帧同步字符，它就在接下来的数据到达时接收它们。另外，同步传输的开销也比较少。例如，一个典型的帧可能有 500 字节（即 4000 比特）的数据，其中可能只包含 100 比特的开销。这时，增加的比特位使传输的比特总数增加 2.5% ，这与异步传输中 25 % 的增值要小得多。随着数据帧中实际数据比特位的增加，开销比特所占的百分比将相应地减少。但是，数据比特位越长，缓存数据所需要的缓冲区也越大，这就限制了一个帧的大小。另外，帧越大，它占据传输媒体的连续时间也越长。在极端的情况下，这将导致其他用户等得太久。

        了解了同步和异步的概念之后，大家应该对ajax为什么可以提升用户体验应该比较清晰了，它是利用异步请求方式的。打个比方，如果现在你家里所在的小区因 某种情况而面临停水，现在有关部门公布了两种方案，一是完全停水8个小时，在这8个小时内完全停水，8个小时后恢复正常。二是不完全停水10  个小时，在这10个小时内水没有完全断，只是流量比原来小了很多，在10个小时后恢复正常流量，那么，如果是你你会选择哪种方式呢？显然是后者。

5 、 ajax 所包含的技术

    大家都知道 ajax 并非一种新的技术，而是几种原有技术的结合体。它由下列技术组合而成。

   1. 使用 CSS 和 XHTML 来表示。

   2. 使用 DOM 模型来交互和动态显示。

   3. 使用 XMLHttpRequest 来和服务器进行异步通信。

   4. 使用 javascript 来绑定和调用。

在上面几中技术中，除了 XmlHttpRequest 对象以外，其它所有的技术都是基于 web 标准并且已经得到了广泛使用的， XMLHttpRequest 虽然目前还没有被 W3C 所采纳，但是它已经是一个事实的标准，因为目前几乎所有的主流浏览器都支持它。

 

6 、 ajax 原理和 XmlHttpRequest 对象

 

 Ajax 的原理简单来说通过 XmlHttpRequest 对象来向服务器发异步请求，从服务器获得数据，然后用 javascript 来操作 DOM 而更新页面。这其中最关键的一步就是从服务器获得请求数据。要清楚这个过程和原理，我们必须对 XMLHttpRequest 有所了解。

XMLHttpRequest 是 ajax 的核心机制，它是在 IE5 中首先引入的，是一种支持异步请求的技术。简单的说，也就是 javascript 可以及时向服务器提出请求和处理响应，而不阻塞用户。达到无刷新的效果。

  所以我们先从 XMLHttpRequest 讲起，来看看它的工作原理。

  首先，我们先来看看 XMLHttpRequest 这个对象的属性。

  它的属性有：

 onreadystatechange  每次状态改变所触发事件的事件处理程序。

 responseText     从服务器进程返回数据的字符串形式。

 responseXML     从服务器进程返回的 DOM 兼容的文档数据对象。

 status           从服务器返回的数字代码，比如常见的 404 （未找到）和 200 （已就绪）

 status Text       伴随状态码的字符串信息

 readyState       对象状态值

0 ( 未初始化 ) 对象已建立，但是尚未初始化（尚未调用 open 方法）

1 ( 初始化 ) 对象已建立，尚未调用 send 方法

2 ( 发送数据 ) send 方法已调用，但是当前的状态及 http 头未知

3 ( 数据传送中 ) 已接收部分数据，因为响应及 http 头不全，这时通过 responseBody 和 responseText 获取部分数据会出现错误，

4 ( 完成 ) 数据接收完毕 , 此时可以通过通过 responseXml 和 responseText 获取完整的回应数据

 

  但是，由于各浏览器之间存在差异，所以创建一个 XMLHttpRequest 对象可能需要不同的方法。这个差异主要体现在 IE 和其它浏览器之间。下面是一个比较标准的创建 XMLHttpRequest 对象的方法。

 

   function CreateXmlHttp()

   {

  

   // 非IE 浏览器创建XmlHttpRequest 对象

    if (window.XmlHttpRequest)

    {

     xmlhttp=new XmlHttpRequest();

    }

    //IE 浏览器创建XmlHttpRequest 对象

     if (window.ActiveXObject)

    {

    try

    {

     xmlhttp=new ActiveXObject("Microsoft.XMLHTTP" );    

    }

    catch (e)

    {

    try {

     xmlhttp=new ActiveXObject("msxml2.XMLHTTP" );

     }

     catch (ex){}

    }

    }

   } 

function Ustbwuyi()

   {

    var data=document.getElementById("username" ).value;  

        CreateXmlHttp();

        if (!xmlhttp)

        {

         alert(" 创建xmlhttp 对象异常！" );

         return false ;

        }      

        xmlhttp.open("POST" ,url,false );

        xmlhttp.onreadystatechange=function ()

        {  

         if (xmlhttp.readyState==4)

           {

           document.getElementById("user1" ).innerHTML=" 数据正在加载..." ;

             if (xmlhttp.status==200)

             {

              document.write(xmlhttp.responseText);

             }     

           }

         }

        xmlhttp.send();

  

   }

如上所示，函数首先检查 XMLHttpRequest 的整体状态并且保证它已经完成（ readyStatus=4 ），即数据已经发送完毕。然后根据服务器的设定询问请求状态，如果一切已经就绪（ status=200 ），那么就执行下面需要的操作。

对于 XmlHttpRequest 的两个方法， open 和 send ，其中 open 方法指定了：

a 、向服务器提交数据的类型，即 post 还是 get 。

b 、请求的 url 地址和传递的参数。

c 、传输方式， false 为同步， true 为异步。默认为 true 。如果是异步通信方式 (true) ，客户机就不等待服务器的响应；如果是同步方式 (false) ，客户机就要等到服务器返回消息后才去执行其他操作。我们需要根据实际需要来指定同步方式，在某些页面中，可能会发出多个请求，甚至是有组织有计划有队形大规模的高强度的 request ，而后一个是会覆盖前一个的，这个时候当然要指定同步方式。

    Send 方法用来发送请求。

 

  知道了 XMLHttpRequest 的工作流程，我们可以看出， XMLHttpRequest 是完全用来向服务器发出一个请求的，它的作用也局限于此，但它的作用是整个 ajax 实现的关键，因为 ajax 无非是两个过程，发出请求和响应请求。并且它完全是一种客户端的技术。而 XMLHttpRequest 正是处理了服务器端和客户端通信的问题所以才会如此的重要。

  现在，我们对 ajax 的原理大概可以有一个了解了。我们可以把服务器端看成一个数据接口，它返回的是一个纯文本流，当然，这个文本流可以是 XML 格式，可以是 Html ，可以是 Javascript 代码，也可以只是一个字符串。这时候， XMLHttpRequest 向服务器端请求这个页面，服务器端将文本的结果写入页面，这和普通的 web 开发流程是一样的，不同的是，客户端在异步获取这个结果后，不是直接显示在页面，而是先由 javascript 来处理，然后再显示在页面。至于现在流行的很多 ajax 控件，比如 magicajax 等，可以返回 DataSet 等其它数据类型，只是将这个过程封装了的结果，本质上他们并没有什么太大的区别。

 

 

7 、 ajax 的优点

   Ajax 的给我们带来的好处大家基本上都深有体会，在这里我只简单的讲几点：

   1 、最大的一点是页面无刷新，在页面内与服务器通信，给用户的体验非常好。

　 2 、使用异步方式与服务器通信，不需要打断用户的操作，具有更加迅速的响应能力。

　 3 、可以把以前一些服务器负担的工作转嫁到客户端，利用客户端闲置的能力来处理，减轻服务器和带宽的负担，节约空间和宽带租用成本。并且减轻服务器的负担， ajax 的原则是 “ 按需取数据 ” ，可以最大程度的减少冗余请求，和响应对服务器造成的负担。

 4 、基于标准化的并被广泛支持的技术，不需要下载插件或者小程序。

8 、 ajax 的缺点

  下面我着重讲一讲 ajax 的缺陷，因为平时我们大多注意的都是 ajax 给我们所带来的好处诸如用户体验的提升。而对 ajax 所带来的缺陷有所忽视。

  下面所阐述的 ajax 的缺陷都是它先天所产生的。

   1 、 ajax 干掉了 back 按钮，即对浏览器后退机制的破坏。后退按钮是一个标准的 web 站点的重要功能，但是它没法和 js 进行很好的合作。这是 ajax 所带来的一个比较严重的问题，因为用户往往是希望能够通过后退来取消前一次操作的。那么对于这个问题有没有办法？答案是肯定的，用过 Gmail 的知道， Gmail 下面采用的 ajax 技术解决了这个问题，在 Gmail 下面是可以后退的，但是，它也并不能改变 ajax 的机制，它只是采用的一个比较笨但是有效的办法，即用户单击后退按钮访问历史记录时，通过创建或使用一个隐藏的 IFRAME 来重现页面上的变更。（例如，当用户在 Google Maps 中单击后退时，它在一个隐藏的 IFRAME 中进行搜索，然后将搜索结果反映到 Ajax 元素上，以便将应用程序状态恢复到当时的状态。）

但是，虽然说这个问题是可以解决的，但是它所带来的开发成本是非常高的，和 ajax 框架所要求的快速开发是相背离的。这是 ajax 所带来的一个非常严重的问题。

 2 、安全问题

技术同时也对 IT 企业带来了新的安全威胁， ajax 技术就如同对企业数据建立了一个直接通道。这使得开发者在不经意间会暴露比以前更多的数据和服务器逻辑。 ajax 的逻辑可以对客户端的安全扫描技术隐藏起来，允许黑客从远端服务器上建立新的攻击。还有 ajax 也难以避免一些已知的安全弱点，诸如跨站点脚步攻击、 SQL 注入攻击和基于 credentials 的安全漏洞等。

 3 、对搜索引擎的支持比较弱。

 4 、破坏了程序的异常机制。至少从目前看来，像 ajax.dll ， ajaxpro.dll 这些 ajax 框架是会破坏程序的异常机制的。关于这个问题，我曾经在开发过程中遇到过，但是查了一下网上几乎没有相关的介绍。后来我自己做了一次试验，分别采用 ajax 和传统的 form 提交的模式来删除一条数据 …… 给我们的调试带来了很大的困难。

 5 、另外，像其他方面的一些问题，比如说违背了 url 和资源定位的初衷。例如，我给你一个 url 地址，如果采用了 ajax 技术，也许你在该 url 地址下面看到的和我在这个 url 地址下看到的内容是不同的。这个和资源定位的初衷是相背离的。

 6 、一些手持设备（如手机、 PDA 等）现在还不能很好的支持 ajax ，比如说我们在手机的浏览器上打开采用 ajax 技术的网站时，它目前是不支持的，当然，这个问题和我们没太多关系。

 

 

9 、 ajax 的几种框架

 

  目前我们采用的比较多的 ajax 框架主要有 ajax.dll,ajaxpro.dll,magicajax.dll 以及微软的 atlas 框架。 Ajax.dll 和 Ajaxpro.dll 这两个框架差别不大，而 magicajax.dll 只是封装得更厉害一些，比如说它可以直接返回 DataSet 数据集，前面我们已经说过， ajax 返回的都是字符串， magicajax 只是对它进行了封装而已。但是它的这个特点可以给我们带来很大的方便，比如说我们的页面有一个列表，而列表的数据是不断变化的，那么我们可以采用 magicajax 来处理，操作很简单，添加 magicajax 之后，将要更新的列表控件放在 magicajax 的控件之内，然后在 pageload 里面定义更新间隔的时间就 ok 了， atlas 的原理和 magicajax 差不多。但是，需要注意的一个问题是，这几种框架都只支持 IE ，没有进行浏览器兼容方面的处理，用反编译工具察看他们的代码就可以知道。

  除了这几种框架之外，我们平时用到的比较多的方式是自己创建 xmlHttpRequest 对象，这种方式和前面的几种框架相比更具有灵活性。另外，在这里还提一下 aspnet2.0 自带的异步回调接口，它和 ajax 一样也可以实现局部的无刷新，但它的实现实际上也是基于 xmlhttprequest 对象的，另外也是只支持 IE ，当然这是微软的一个竞争策略。