大模型问答助手前端实现打字机效果

一、背景

随着现代技术的快速发展，即时交互变得越来越重要。用户不仅希望获取信息，而且希望以更直观和实时的方式体验它。这在聊天应用程序和其他实时通信工具中尤为明显，用户习惯看到对方正在输入的提示。

ChatGPT，作为 OpenAI 的代表性产品之一，不仅为用户提供了强大的自然语言处理能力，而且关注用户的整体交互体验。在使用 ChatGPT 进行交互时，用户可能已经注意到了一个细节：当它产生回复时，回复会像人类逐字输入的方式逐渐出现，而不是一次性显示完整答案。

这种打字效果给人一种仿佛与真人对话的感觉，进一步增强了其自然语言处理的真实感。一开始，许多开发者可能会误以为这是通过 WebSockets 实现的，这是因为 WebSockets 是一种常用于实时通信的技术。然而，仔细研究后，我们发现 ChatGPT 使用了一种不同的技术：基于 EventStream 的方法。更具体地说，它似乎是通过 SSE (Server-Sent Events) 来实现逐个字地推送答案的。

此外，考虑到 ChatGPT 的复杂性和其涉及的大量计算，响应时间可能会长于其他基于数据库的简单查询。因此，采用 SSE 逐步推送结果的方式可以帮助减少用户感到的等待时间，从而增强用户体验。

二、SSE 简介

Server-Sent Events（通常简称为 SSE）是一种允许服务器向Web页面发送实时更新的技术。与WebSocket技术相比，SSE专门设计用于从服务器到客户端的单向通信。这种单向性使其在某些场景中更为简单和直观。

2.1 主要特点

• 单向通信：SSE 专为从服务器到客户端的单向通信设计。客户端不能通过SSE直接发送数据到服务器，但可以通过其他方法如AJAX与服务器进行交互。

• 基于HTTP：SSE 基于 HTTP 协议运行，不需要新的协议或端口。这使得它能够轻松地在现有的Web应用架构中使用，并且通过标准的HTTP代理和中间件进行支持。

• 自动重连：如果连接断开，浏览器会自动尝试重新连接到服务器。

• 格式简单：SSE 使用简单的文本格式发送消息，每个消息都以两个连续的换行符分隔。

• 原生浏览器支持：许多现代浏览器（如 Chrome、Firefox 和 Safari）已原生支持SSE，但需要注意的是，某些浏览器，如Internet Explorer和早期的Edge版本，不支持SSE。

2.2 SSE 与 WebSockets

虽然 SSE 与 WebSockets 在某种程度上有些相似，但它们之间还存在一些关键差异，如下所示：

三、服务端深入解析

3.1 SSE 的协议机制

Server-Sent Events（SSE）是一个基于 HTTP 的协议，允许服务器单向地向浏览器推送信息。为了成功地使用 SSE，服务器和客户端都必须遵循一定的规范和流程。

当客户端（例如浏览器）发出请求订阅 SSE 服务时，服务器需要通过设置特定的响应头部信息来确认该请求。这些头部信息包括：

• Content-Type: text/event-stream: 这表示返回的内容为事件流。

• Cache-Control: no-cache: 这确保服务器推送的消息不会被缓存，以保障消息的实时性。

• Connection: keep-alive: 这指示连接应始终保持开放，以便服务器可以随时发送消息。

3.2 消息的格式和结构

SSE 使用简单的文本格式来组织和发送消息。基本的消息结构是由一系列行组成，每一行由字段名、一个冒号和字段值组成。

以下是消息中可以使用的一些字段及其用途：

• event: 定义了事件的类型。这可以帮助客户端确定如何处理接收到的消息。

• id: 提供事件的唯一标识符。如果连接中断，客户端可以使用最后收到的事件 ID 来请求服务器从某个点重新发送消息。

• retry: 指定了当连接断开时，客户端应等待多少毫秒再尝试重新连接。这为连接中断和重连提供了一种机制。

• data: 这是消息的主体内容。它可以是任何 UTF-8 编码的文本，而且可以跨多行。每行数据都会在客户端解析时连接起来，中间使用换行符分隔。

为了确保消息的正确和完整传输，服务器通常在消息的末尾添加一个空行，表示消息的结束。

示例:

id: 123
event: update
data: {"message": "This is a test message"}

此外，SSE 也支持多条连续消息的发送。只要每条消息之间使用两个换行符隔开即可。

四、客户端实践

接入 SSE 并不困难，尤其在客户端这边。主流浏览器提供了 EventSource API，使得与 SSE 服务端建立和维护连接变得异常简单。

4.1 如何建立连接

首先，需要创建一个 EventSource 对象，它将代表与服务器的持久连接。初始化时，可以为它提供一些选项，以满足特定需求。

const options = {
  withCredentials: true  // 允许跨域请求携带凭证
};
 
 
// 创建一个 EventSource 对象以开始监听
const eventSource = new EventSource('your_server_url', options);

在上面的代码中，withCredentials 参数用于指示是否应该在请求中发送凭证（例如 cookies）。这在跨域场景中可能会非常有用。

4.2 如何处理收到的事件

一旦与服务器建立了连接，就可以开始监听从服务器发送过来的事件。

• 通用事件处理:

默认情况下，EventSource 对象会对三种基本的事件类型进行响应：open、message 和 error。可以设置对应的处理函数来对它们进行响应。

// 监听连接打开事件
eventSource.onopen = function(event) {
  console.log('Connection to SSE server established!');
};
 
 
// 监听标准消息事件
eventSource.onmessage = function(event) {
  console.log('Received data from server: ', event.data);
};
 
 
// 监听错误事件
eventSource.onerror = function(event) {
  console.error('An error occurred while receiving data:', event);
};

• 自定义事件处理:

除了上述的基本事件外，服务器还可能发送自定义的事件类型。为了处理这些事件，需要使用 addEventListener() 方法。

// 监听一个名为 "update" 的自定义事件
eventSource.addEventListener('update', function(event) {
  console.log('Received update event:', event.data);
});

4.3 关闭连接

如果不再需要从服务器接收事件，可以使用 close 方法关闭连接。

eventSource.close();

关闭连接后，将不再接收任何事件，除非再次初始化 EventSource 对象。

总结：使用 EventSource API，客户端可以方便地与 SSE 服务器交互，从而实时接收数据更新。这为创建响应迅速的 web 应用提供了极大的便利，同时避免了传统的轮询方式带来的资源浪费。

五、理论实践

5.1 服务端

const http = require('http');
const fs = require('fs');
 
 
// 初始化 HTTP 服务器
http.createServer((req, res) => {
 
 
  // 为了简洁，将响应方法抽离成函数
  function serveFile(filePath, contentType) {
    fs.readFile(filePath, (err, data) => {
      if (err) {
        res.writeHead(500);
        res.end('Error loading the file');
      } else {
        res.writeHead(200, {'Content-Type': contentType});
        res.end(data);
      }
    });
  }
 
 
  function handleSSEConnection() {
    res.writeHead(200, { 
      'Content-Type': 'text/event-stream', 
      'Cache-Control': 'no-cache',
      'Connection': 'keep-alive'
    });
 
 
    let id = 0;
    const intervalId = setInterval(() => {
      const message = {
        event: 'customEvent',
        id: id++,
        retry: 30000,
        data: { id, time: new Date().toISOString() }
      };
      for (let key in message) {
        if (key !== 'data') {
          res.write(`${key}: ${message[key]}\n`);
        } else {
          res.write(`data: ${JSON.stringify(message.data)}\n\n`);
        }
      }
    }, 1000);
 
 
    req.on('close', () => {
      clearInterval(intervalId);
      res.end();
    });
  }
 
 
  switch (req.url) {
    case '/':
      serveFile('index.html', 'text/html');
      break;
    case '/events':
      handleSSEConnection();
      break;
    default:
      res.writeHead(404);
      res.end();
      break;
  }
 
 
}).listen(3000);
 
 
console.log('Server listening on port 3000');

5.2 客户端

<!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;
 
 
    // 连接 SSE
    function connectSSE() {
      eventSource = new EventSource('/events');
 
 
      eventSource.addEventListener('customEvent', handleReceivedMessage);
      eventSource.onopen = handleConnectionOpen;
      eventSource.onerror = handleConnectionError;
    }
 
 
    // 断开 SSE 连接
    function closeSSE() {
      eventSource.close();
      appendMessage(`SSE 连接关闭，状态${eventSource.readyState}`);
    }
 
 
    // 处理从服务端收到的消息
    function handleReceivedMessage(event) {
      const data = JSON.parse(event.data);
      appendMessage(`${data.id} --- ${data.time}`);
    }
 
 
    // 连接建立成功的处理函数
    function handleConnectionOpen() {
      appendMessage(`SSE 连接成功，状态${eventSource.readyState}`);
    }
 
 
    // 连接发生错误的处理函数
    function handleConnectionError() {
      appendMessage(`SSE 连接错误，状态${eventSource.readyState}`);
    }
 
 
    // 将消息添加到页面上
    function appendMessage(message) {
      messageElement.innerHTML += `${message}<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。

六、业务实践

6.1 存在问题

在业务真实使用场景中，基于SSE的方法存在一些问题和限制：

• 默认请求仅支持 GET 方法。当前端需要向后端传递参数时，参数只能拼接在请求的 URL 上，对于复杂的业务场景来说实现较为麻烦。

• 对于服务端返回的数据格式有固定要求，必须按照 event、id、retry、data 的结构返回。

• 服务端发送的数据可以在浏览器控制台中查看，这可能会暴露敏感数据，导致数据安全问题。

为了解决以上问题，并使其支持 POST 请求以及自定义的返回数据格式，我们可以使用以下技巧

6.2 优化技巧

利用 Fetch API 的流处理能力，我们可以实现对 SSE 的扩展：

/**
 * Utf8ArrayToStr: 将Uint8Array的数据转为字符串
 * @param {Uint8Array} array - Uint8Array数据
 * @return {string} - 转换后的字符串
 */
function Utf8ArrayToStr(array) {
    const decoder = new TextDecoder();
    return decoder.decode(array);
}
 
 
/**
 * fetchStream: 建立一个SSE连接，并支持多种HTTP请求方式
 * @param {string} url - 请求的URL地址
 * @param {object} params - 请求的参数，包括HTTP方法、头部、主体内容等
 * @return {Promise} - 返回一个Promise对象
 */
const fetchStream = (url, params) => {
    const { onmessage, onclose, ...otherParams } = params;
 
 
    return fetch(url, otherParams)
        .then(response => {
            let reader = response.body?.getReader();
 
 
            return new ReadableStream({
                start(controller) {
                    function push() {
                        reader?.read().then(({ done, value }) => {
                            if (done) {
                                controller.close();
                                onclose?.();
                                return;
                            }
                            const decodedData = Utf8ArrayToStr(value);
                            console.log(decodedData);
 
 
                            onmessage?.(decodedData);
 
 
                            controller.enqueue(value);
 
 
                            push();
                        });
                    }
                    push();
                }
            });
        })
        .then(stream => {
            return new Response(stream, {
                headers: { "Content-Type": "text/html" }
            }).text();
        });
};
 
 
// 示例：调用fetchStream函数
fetchStream("/events", {
    method: "POST", // 使用POST方法
    headers: {
        "content-type": "application/json"
    },
    credentials: "include",
    body: JSON.stringify({
        // 这里列出了一些示例数据，实际业务场景请替换为你的数据
        boxId: "exampleBoxId",
        sessionId: "exampleSessionId",
        queryContent: "exampleQueryContent"
    }),
    onmessage: res => {
        console.log(res); // 当接收到消息时的回调
    },
    onclose: () => {
        console.log("Connection closed."); // 当连接关闭时的回调
    }
});

6.3 封装插件

我们定义一个名为eventStreamHandler.ts的文件

// 定义请求主体的接口，需要根据具体的应用场景定义具体的属性
interface RequestBody {
    // 示例属性，具体属性需要根据实际需求定义
    key?: string;
}
 
 
// 错误响应的结构
interface ErrorResponse {
    error: string;
    detail: string;
}
 
 
// 返回值类型定义
type TextStream = ReadableStreamDefaultReader<Uint8Array>;
 
 
// 获取数据并返回TextStream
async function fetchData(
    url: string,
    body: RequestBody,
    accessToken: string,
    onError: (message: string) => void
): Promise<TextStream | undefined> {
    try {
        // 尝试发起请求
        const response = await fetch(url, {
            method: "POST",
            cache: "no-cache",
            keepalive: true,
            headers: {
                "Content-Type": "application/json",
                Accept: "text/event-stream",
                Authorization: `Bearer ${accessToken}`,
            },
            body: JSON.stringify(body),
        });
 
 
        // 检查是否有冲突，例如重复请求
        if (response.status === 409) {
            const error: ErrorResponse = await response.json();
            onError(error.detail);
            return undefined;
        }
 
 
        return response.body?.getReader();
    } catch (error) {
        onError(`Failed to fetch: ${error.message}`);
        return undefined;
    }
}
 
 
// 读取流数据
async function readStream(reader: TextStream): Promise<string | null> {
    const result = await reader.read();
    return result.done ? null : new TextDecoder().decode(result.value);
}
 
 
// 处理文本流数据
async function processStream(
    reader: TextStream,
    onStart: () => void,
    onText: (text: string) => void,
    onError: (error: string) => void,
    shouldClose: () => boolean
): Promise<void> {
    try {
        // 开始处理数据
        onStart();
        
        while (true) {
            if (shouldClose()) {
                await reader.cancel();
                return;
            }
            const text = await readStream(reader);
            if (text === null) break;
 
 
            onText(text);
        }
    } catch (error) {
        onError(`Processing stream failed: ${error.message}`);
    }
}
 
 
/**
 * 主要的导出函数，用于处理流式文本数据。
 * 
 * @param url 请求的URL。
 * @param body 请求主体内容。
 * @param accessToken 访问令牌。
 * @param onStart 开始处理数据时的回调。
 * @param onText 接收到数据时的回调。
 * @param onError 错误处理回调。
 * @param shouldClose 判断是否需要关闭流的函数。
 */
export async function streamText(
    url: string,
    body: RequestBody,
    accessToken: string,
    onStart: () => void,
    onText: (text: string) => void,
    onError: (error: string) => void,
    shouldClose: () => boolean
): Promise<void> {
    const reader = await fetchData(url, body, accessToken, onError);
    
    if (!reader) {
        console.error("Reader is undefined!");
        return;
    }
 
 
    await processStream(reader, onStart, onText, onError, shouldClose);
}

七、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。

八、总结

SSE (Server-Sent Events) 是基于 HTTP 协议的轻量级实时通信技术。其核心特点是由服务器主动推送数据到客户端，而不需要客户端频繁请求。这样的特点使得 SSE 在某些应用场景中成为了理想选择，例如股票行情实时更新、网站活动日志推送、或聊天室中的实时在线人数统计。

然而，尽管 SSE 有很多优势，如断线重连机制、相对简单的实现和轻量性等，但它也存在明显的局限性。首先，SSE 只支持单向通信，即服务器到客户端的数据推送，而无法实现真正的双向交互。其次，由于浏览器对并发连接数有限制，当需要大量的实时通信连接时，SSE 可能会受到限制。

相对而言，WebSockets 提供了一个更加强大的双向通信机制，能够满足高并发、高吞吐量和低延迟的需求。因此，在选择适合的实时通信方案时，开发者需要根据应用的具体需求和场景来做出选择。简而言之，对于需要简单、低频率更新的场景，SSE 是一个非常不错的选择；而对于需要复杂、高频、双向交互的应用，WebSockets 可能更为合适。

最后，无论选择哪种技术，都应对其优缺点有深入了解，以确保在特定场景下可以提供最佳的用户体验。

-end-