Java Spring WebSocket实现后端消息主动推送(上)

Spring 4.0的一个最大更新是增加了websocket的支持。websocket提供了一个在web应用中的高效、双向的通讯，需要考虑到客户端（浏览器）和服务器之间的高频和低延时消息交换。一般的应用场景有：在线交易、网页聊天、游戏、协作、数据可视化等。

• 1、Web消息通信总结​​​​​​​​​​​​​​

以一个简单的网页聊天为应用场景，在Java EE环境下，其实现方式大抵有以下几种​​​​​​​：

 轮询：客户端定时向服务器发送Ajax请求，服务器接到请求后马上返回响应信息并关闭连接。 其主要用到js的setInterval()方法。
 优点：简单易懂，后端程序编写比较容易，不需要特别编写特别的代码。
 缺点：请求中有大半是无用，同时浪费带宽和服务器资源。
 实例：适于小型应用。
 
 长轮询：客户端向服务器发送Ajax请求，服务器接到请求后hold住连接，直到有新消息才返回响应信息并关闭连接，客户端处理完响应信息后再向服务器发送新的请求。
 优点：在无消息的情况下不会频繁的请求，耗费资源小。
 缺点：服务器hold连接会消耗资源，返回数据顺序无保证，难于管理维护。
 实例：WebQQ、Hi网页版、Facebook IM。
 
 长连接：在页面里嵌入一个隐蔵iframe，将这个隐蔵iframe的src属性设为对一个长连接的请求或是采用xhr请求，服务器端就能源源不断地往客户端输入数据。
 优点：消息即时到达，不发无用请求；管理起来也相对方便。
 缺点：服务器维护一个长连接会增加开销。
 实例：Gmail聊天
 
 Flash Socket：在页面中内嵌入一个使用了Socket类的 Flash 程序JavaScript通过调用此Flash程序提供的Socket接口与服务器端的Socket接口进行通信，JavaScript在收到服务器端传送的信息后控制页面的显示。 
 优点：实现真正的即时通信，而不是伪即时。 
 缺点：客户端必须安装Flash插件；非HTTP协议，无法自动穿越防火墙。 
 实例：网络互动游戏。

传统 Web 模式在处理高并发及实时性需求的时候，会遇到难以逾越的瓶颈，随着连接数的增多，服务器资源将很快被耗尽，因此一种新的规范随之诞生，websocket是在物理层非网络层建立一条客户端至服务器的长连接，以此来保证服务器向客户端的即时推送，既不耗费线程资源，又不会不断向服务器轮询请求。

2、WebSocket机制

WebSocket 是 HTML5 一种新的协议。它实现了浏览器与服务器全双工通信，能更好的节省服务器资源和带宽并达到实时通讯，它建立在 TCP 之上，同 HTTP 一样通过 TCP 来传输数据，但是它和 HTTP 最大不同是：

• WebSocket 是一种双向通信协议，在建立连接后，WebSocket 服务器和 Browser/Client Agent 都能主动的向对方发送或接收数据，就像 Socket 一样；
• WebSocket 需要类似 TCP 的客户端和服务器端通过握手连接，连接成功后才能相互通信。

非 WebSocket 模式传统 HTTP 客户端与服务器的交互如下图所示：

而与传统HTTP通信相比，WebSocket的模式如下：

 

从上可以看出，在连接生效过后，Server端可以实现向Browser端主动的消息推送。一旦 WebSocket 连接建立后，后续数据都以帧序列的形式传输。在客户端断开 WebSocket 连接或 Server 端断掉连接前，不需要客户端和服务端重新发起连接请求。在海量并发及客户端与服务器交互负载流量大的情况下，极大的节省了网络带宽资源的消耗，有明显的性能优势，且客户端发送和接受消息是在同一个持久连接上发起，实时性优势明显。

而HTTP与WebSocket的通信交互过程中的报文也有所区别：

WebSocket Request部分报文：

Host:localhost:8080
Origin:http://localhost:8080
Sec-WebSocket-Extensions:permessage-deflate; client_max_window_bits
Sec-WebSocket-Key:39rBeP3SAnLxTYggKvOcSg==
Sec-WebSocket-Version:13
Upgrade:websocket

可以看到，客户端发起的 WebSocket 连接报文类似传统 HTTP 报文，”Upgrade：websocket”参数值表明这是 WebSocket 类型请求，“Sec-WebSocket-Key”是 WebSocket 客户端发送的一个 base64 编码的密文，要求服务端必须返回一个对应加密的“Sec-WebSocket-Accept”应答，否则客户端会抛出“Error during WebSocket handshake”错误，并关闭连接。

WebSocket Response部分报文：

Connection:upgrade
Date:Fri, 06 May 2016 07:00:18 GMT
Sec-WebSocket-Accept:U9tI2JJDzgtcvS55TRoT816bBYA=
Sec-WebSocket-Extensions:permessage-deflate;client_max_window_bits=15
Server:Apache-Coyote/1.1
Upgrade:websocket

“Sec-WebSocket-Accept”的值是服务端采用与客户端一致的密钥计算出来后返回客户端的,“HTTP/1.1 101 Switching Protocols”表示服务端接受 WebSocket 协议的客户端连接，经过这样的请求-响应处理后，客户端服务端的 WebSocket 连接握手成功, 后续就可以进行 TCP 通讯了。读者可以查阅WebSocket 协议栈了解 WebSocket 客户端和服务端更详细的交互数据格式。