一.WebSocket简单介绍
随着互联网的发展，传统的HTTP协议已经很难满足Web应用日益复杂的需求了。近年来，随着HTML5的诞生，WebSocket协议被提出，它实现了浏览器与服务器的全双工通信，扩展了浏览器与服务端的通信功能，使服务端也能主动向客户端发送数据。
我们知道，传统的HTTP协议是无状态的，每次请求（request）都要由客户端（如 浏览器）主动发起，服务端进行处理后返回response结果，而服务端很难主动向客户端发送数据；这种客户端是主动方，服务端是被动方的传统Web模式 对于信息变化不频繁的Web应用来说造成的麻烦较小，而对于涉及实时信息的Web应用却带来了很大的不便，如带有即时通信、实时数据、订阅推送等功能的应 用。在WebSocket规范提出之前，开发人员若要实现这些实时性较强的功能，经常会使用折衷的解决方法：轮询（polling）和Comet技术。其实后者本质上也是一种轮询，只不过有所改进。
轮询是最原始的实现实时Web应用的解决方案。轮询技术要求客户端以设定的时间间隔周期性地向服务端发送请求，频繁地查询是否有新的数据改动。明显地，这种方法会导致过多不必要的请求，浪费流量和服务器资源。
Comet技术又可以分为长轮询和流技术。长轮询改进了上述的轮询技术，减小了无用的请求。它会为某些数据设定过期时间，当数据过期后才会向服务端发送请求；这种机制适合数据的改动不是特别频繁的情况。流技术通常是指客户端使用一个隐藏的窗口与服务端建立一个HTTP长连接，服务端会不断更新连接状态以保持HTTP长连接存活；这样的话，服务端就可以通过这条长连接主动将数据发送给客户端；流技术在大并发环境下，可能会考验到服务端的性能。
这两种技术都是基于请求-应答模式，都不算是真正意义上的实时技术；它们的每一次请求、应答，都浪费了一定流量在相同的头部信息上，并且开发复杂度也较大。
伴随着HTML5推出的WebSocket，真正实现了Web的实时通信，使B/S模式具备了C/S模式的实时通信能力。WebSocket的工作流程是这 样的：浏览器通过JavaScript向服务端发出建立WebSocket连接的请求，在WebSocket连接建立成功后，客户端和服务端就可以通过 TCP连接传输数据。因为WebSocket连接本质上是TCP连接，不需要每次传输都带上重复的头部数据，所以它的数据传输量比轮询和Comet技术小 了很多。本文不详细地介绍WebSocket规范，主要介绍下WebSocket在Java Web中的实现。
JavaEE 7中出了JSR-356:Java API for WebSocket规范。不少Web容器，如Tomcat,Nginx,Jetty等都支持WebSocket。Tomcat从7.0.27开始支持 WebSocket，从7.0.47开始支持JSR-356，下面的Demo代码也是需要部署在Tomcat7.0.47以上的版本才能运行。
二，具体项目实现（springBoot）
本项目使用Gradle构建
compile('org.springframework.boot:spring-boot-starter-websocket')
配置文件
@Configuration
@EnableWebSocket
public class WebSocketConfig {
@Bean
public ServerEndpointExporter serverEndpointExporter() {
return new ServerEndpointExporter();
}
}
webSocket实现类
@ServerEndpoint("/websocket")
@Component
public classMyWebSocket {
private static finalLoggerLOGGER= LoggerFactory.getLogger(MyWebSocket.class);
private static intonlineCount=0;
private staticCopyOnWriteArraySetwebSocketSet=newCopyOnWriteArraySet<>();
privateSessionsession;
/**
* 获取在线人数
*
*@return在线人数
*/
private static synchronized intgetOnlineCount() {
returnMyWebSocket.onlineCount;
}
/**
* 添加在线人数
*/
private static synchronized voidaddOnlineCount() {
MyWebSocket.onlineCount++;
}
/**
* 减少在线人数
*/
private static synchronized voidsubOnlineCount() {
MyWebSocket.onlineCount--;
}
/**
* 有人进入房间
*
*@paramsessionsession
*/
@OnOpen
public voidonOpen(Session session) {
this.session= session;
webSocketSet.add(this);
addOnlineCount();
LOGGER.info("有新用户加入!当前在线人数为:{}",getOnlineCount());
}
/**
* 有人离开房间
*/
@OnClose
public voidonClose() {
webSocketSet.remove(this);
subOnlineCount();
System.out.println("有一用户关闭!当前在线人数为"+getOnlineCount());
}
/**
* 发消息
*
*@parammessagemessage
*@throwsIOException IOException
*/
@OnMessage
public voidonMessage(String message)throwsIOException {
String date =""+newDate() +"";
// 群发消息
for(MyWebSocket item :webSocketSet) {
item.sendMessage(date + message);
}
LOGGER.info("客户端消息:{}",message);
}
/**
* 发送消息
*
*@parammessagemessage
*@throwsIOException IOException
*/
private voidsendMessage(String message)throwsIOException {
this.session.getBasicRemote().sendText(message);
}
}
页面js实现
varwebsocket =null;
//判断当前浏览器是否支持WebSocket
if('WebSocket'inwindow) {
websocket =newWebSocket("ws://localhost:8081/websocket");
}
else{
alert('Not support websocket')
}
//连接发生错误的回调方法
websocket.onerror=function() {
setMessageInnerHTML("error");
};
//连接成功建立的回调方法
websocket.onopen=function(event) {
console.log(JSON.stringify(event));
};
//接收到消息的回调方法
websocket.onmessage=function(event) {
setMessageInnerHTML(event.data);
};
//连接关闭的回调方法
websocket.onclose=function(event) {
console.log(JSON.stringify(event));
};
//监听窗口关闭事件，当窗口关闭时，主动去关闭websocket连接，防止连接还没断开就关闭窗口，server端会抛异常。
window.onbeforeunload=function() {
websocket.close();
};
//将消息显示在网页上
functionsetMessageInnerHTML(innerHTML) {
document.getElementById('message').innerHTML+= innerHTML +'';
}
//关闭连接
functioncloseWebSocket() {
websocket.close();
}
//发送消息
functionsend() {
if(!document.getElementById('text').value||document.getElementById('text').value===" ") {
return;
}
varusername =getQueryString("userName");
varmessage =""+ username +" ："+document.getElementById('text').value+"
";websocket.send(message);
document.getElementById('text').value="";
}
functionkeyEnter(event) {
if(event.keyCode=="13") {
send();
}
}
functionclearMsg(){
document.getElementById('message').innerHTML='';
}
/**
* 获取url参数
*@paramname
*@returns{string}
*/
functiongetQueryString(name) {
varreg =newRegExp("(^|&)"+ name +"=([^&]*)(&|$)","i");
varr =window.location.search.substr(1).match(reg);
if(r !=null)returndecodeURI(r[2]);
return"";
}
三，原理解析
WebSocket API
也称为WebSocket接口(Interface)，定义了Web应用和服务器进行双向通信的公共接口。 如下图所示：
接口的内容可以分为三类：状态变量、网络功能和消息处理等。
构造函数WebSocket(url, protocols)：构造WebSocket对象，以及建立和服务器连接; protocols可选字段，代表选择的子协议
状态变量readyState: 代表当前连接的状态，短整型数据，取值为CONNECTING(值为0)， OPEN(值为1), CLOSING(值为2), CLOSED(值为3)
方法变量close(code, reason)： 关闭此WebSocket连接。
状态变量bufferedAmount: send函数调用后，被缓存并且未发送到网络上的数据长度
方法变量send(data): 将数据data通过此WebSocket发送到对端
回调函数onopen/onmessage/onerror/onclose: 当相应的事件发生时会触发此回调函数
WebSocket协议
WebSocket看成是一种类似TCP/IP的socket技术；此socket在Web应用中实现，并获得了和TCP/IP通信一样灵活方便的全双向通信功能。
WebSocket协议由RFC 6455定义。协议分为两个部分： 握手阶段和数据通信阶段。
WebSocket为应用层协议，其定义在TCP/IP协议栈之上。WebSocket连接服务器的URI以"ws"或者"wss"开头。ws开头的默认TCP端口为80，wss开头的默认端口为443。
1 握手阶段
客户端和服务器建立TCP连接之后，客户端发送握手请求，随后服务器发送握手响应即完成握手阶段。如下图所示：
客户端握手请求类似如下：
服务器的握手响应类似如下：
需要关闭连接时，任意一方直接发送类型为关闭帧(Close frame)的控制帧数据给对方即可。
2 数据通信
WebSocket的数据在发送时，被组织为依次序的一串数据帧(data frame)，然后进行传送。
传送的帧类型分为两类：数据帧(data frame)和控制帧(Control frame)。数据帧可以携带文本数据或者二进制数据；控制帧包含关闭帧(Close frame)和Ping/Pong帧。
帧的格式如下所示：
其中最重要的字段为opcode(4bit)和MASK(1bit)：
MASK值，从客户端进行发送的帧必须置此位为1，从服务器发送的帧必须置为0。如果任何一方收到的帧不符合此要求，则发送关闭帧(Close frame)关闭连接。
opcode的值： 0x1代表此帧为文本数据帧, 0x2代表此帧为二进制数据帧, 0x8为控制帧中的连接关闭帧(close frame), 0x9为控制帧中的Ping帧, 0xA(十进制的10)为控制帧中的Pong帧。
Ping/Pong帧： Ping帧和Pong帧用于连接的保活(keepalive)或者诊断对端是否在线。这两种帧的发送和接收不对WEB应用公开接口，由实现WebSocket协议的底层应用(例如浏览器)来实现它。
3 连接关闭
任何一端发送关闭帧给对方，即可关闭连接。关闭连接时通常都带有关闭连接的状态码(status code)。常见状态码的含义如下：
1000 连接正常关闭
1001 端点离线，例如服务器down，或者浏览器已经离开此页面
1002 端点因为协议错误而中断连接
1003 端点因为受到不能接受的数据类型而中断连接
1004 保留
1005 保留, 用于提示应用未收到连接关闭的状态码
1006 端点异常关闭
1007 端点收到的数据帧类型不一致而导致连接关闭
1008 数据违例而关闭连接
1009 收到的消息数据太大而关闭连接
1010 客户端因为服务器未协商扩展而关闭
1011 服务器因为遭遇异常而关闭连接
1015 TLS握手失败关闭连接
四. 对比
WebSocket和传统的HTTP交互方式的区别如下图：
WebSocket的结论如下：
基于TCP/IP协议实现
是一种全双向的通信, 具有底层socket的特点
节约带宽，节省服务器资源
是HTML5的技术之一，具有巨大的应用前景
参考：Siwind原创-WebSocket原理及技术简介