WebSocket实现Web端即时通信

前言

WebSocket 是HTML5开始提供的一种在浏览器和服务器间进行全双工通信的协议。目前很多没有使用WebSocket进行客户端服务端实时通信的web应用，大多使用设置规则时间的轮询，或者使用长轮询较多来处理消息的实时推送。这样势必会较大程度浪费服务器和带宽资源，而我们现在要讲的WebSocket正是来解决该问题而出现，使得B/S架构的应用拥有C/S架构一样的实时通信能力。

HTTP和WebSocket比较

HTTP

HTTP协议是半双工协议，也就是说在同一时间点只能处理一个方向的数据传输，同时HTTP消息也是过于庞大，里面包含大量消息头数据，真正在消息处理中很多数据不是必须的，这也是对资源的浪费。

• 定时轮询：定时轮询就是客户端定时去向服务器发送HTTP请求，看是否有数据，服务器接受到请求后，返回数据给客户端，本次连接也会随着关闭。该实现方案最简单，但是会存在消息延迟和大量浪费服务器和带宽资源。
• 长轮询：长轮询与定时轮询一样，也是通过HTTP请求实现，但这里不是定时发送请求。客户端发送请求给服务端，这时服务端会hold住该请求，当有数据过来或者超时时返回给请求的客户端并开始下一轮的请求。

WebSocket

WebSocket在客户端和服务端只需一次请求，就会在客户端和服务端建立一条通信通道，可以实时相互传输数据，并且不会像HTTP那样携带大量请求头等信息。因为WebSocket是基于TCP双向全双工通信的协议，所以支持在同一时间点处理发送和接收消息，做到实时的消息处理。

• 建立WebSocket连接：建立WebSocket连接，首先客户端先要向服务端发送一个特殊的HTTP请求，使用的协议不是http或https，而是使用过ws或wss(一个非安全的，一个安全的，类似前两者之间的差别)，请求头里面要附加一个申请协议升级的信息Upgrade: websocket，还有随机生成一个Sec-WebSocket-Key的值，及版本信息Sec-WebSocket-Version等等。服务端收到客户端的请求后，会解析该请求的信息，包括请求协议升级，版本校验，以及将Sec-WebSocket-Key的加密后以sec-websocket-accept的值返回给客户端，这样客户端和服务端的连接就建立了。
• 关闭WebSocket连接：客户端和服务端都可发送一个close控制帧，另一端主动关闭连接。

HTTP轮询和WebSocket生命周期示意图

服务端

这里服务端利用Netty的WebSocket开发。这里首先实现服务端启动类，然后自定义处理器来处理WebSocket的消息。

package com.ytao.websocket;

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.*;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.http.HttpObjectAggregator;
import io.netty.handler.codec.http.HttpServerCodec;
import io.netty.handler.logging.LogLevel;
import io.netty.handler.logging.LoggingHandler;
import io.netty.handler.stream.ChunkedWriteHandler;

/**
 * Created by YANGTAO on 2019/11/17 0017.
 */
public class WebSocketServer {

    public static String HOST = "127.0.0.1";
    public static int PORT = 8806;

    public static void startUp() throws Exception {
        // 监听端口的线程组
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
        // 处理每一条连接的数据读写的线程组
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        // 启动的引导类
        ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
        try {
            serverBootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .childHandler(new ChannelInitializer() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception{
                            ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
                            pipeline.addLast("logger", new LoggingHandler(LogLevel.INFO));
                            // 将请求和返回消息编码或解码成http
                            pipeline.addLast("http-codec", new HttpServerCodec());
                            // 使http的多个部分组合成一条完整的http
                            pipeline.addLast("aggregator", new HttpObjectAggregator(65536));
                            // 向客户端发送h5文件，主要是来支持websocket通信
                            pipeline.addLast("http-chunked", new ChunkedWriteHandler());
                            // 服务端自定义处理器
                            pipeline.addLast("handler", new WebSocketServerHandler());
                        }
                    })
                    // 开启心跳机制
                    .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true)
                    .handler(new ChannelInitializer() {
                        protected void initChannel(NioServerSocketChannel ch) {
                            System.out.println("WebSocket服务端启动中...");
                        }
                    });

            Channel ch = serverBootstrap.bind(HOST, PORT).sync().channel();
            System.out.println("WebSocket host: " ch.localAddress().toString().replace("/",""));
            ch.closeFuture().sync();
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }

    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        startUp();
    }
}

上面启动类和HTTP协议的类似，所以较好理解。启动类启动后，我们需要处理WebSocket请求，这里自定义WebSocketServerHandler。我们在处理中设计的业务逻辑有，如果只有一个连接来发送信息聊天，那么我们就以服务器自动回复，如果存在一个以上，我们就将信息发送给其他人。

package com.ytao.websocket;

import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelPromise;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.handler.codec.http.FullHttpRequest;
import io.netty.handler.codec.http.websocketx.*;
import java.time.LocalDateTime;
import java.time.format.DateTimeFormatter;
import java.util.Date;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

/**
 * Created by YANGTAO on 2019/11/17 0017.
 */
public class WebSocketServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler