Netty笔记：使用WebSocket协议开发聊天系统

       前言，之前一直围绕着Http协议来开发项目，最近由于参与一个类似竞拍项目的开发，有这样一个场景，多个客户端竞拍一个商品，当一个客户端加价后，其它关注这个商品的客户端需要立即知道该商品的最新价格。
        这里有个问题，Http协议是基于请求/响应的，客户端发送请求，然后服务端响应返回，客户端是主动方，服务端被动的接收客户端的请求来响应，无法解决上述场景中服务端主动将最新的数据推送给客户端的需求。
        当然，有人会提出ajax轮询的方案，就是客户端不断的请求（假如1秒1次）最新竞拍价格。显然这种模式具有很明显的缺点，即浏览器需要不断地向服务器发出请求，但是Http request的Header是非常冗长的，里面包含的可用数据比例可能非常低，这会占用很多的带宽和服务器资源。

       还有一种比较新颖的方案，long poll（长轮询）。利用长轮询，客户端可以打开指向服务端的Http连接，而服务器会一直保持连接打开，直到服务端数据更新再发送响应。虽然这种方式比ajax轮询有进步，但都存在一个共同问题：由于Http协议的开销，导致它们不适合用于低延迟应用。

       转载请注明出处：http://blog.csdn.net/a906998248/article/details/52839425

一.WebSocket协议简介

       WebSocket 是 Html5 开始提供的一种浏览器与服务器间进行全双工通信的网络技术。（全双工：同一时刻，数据可以在客户端和服务端两个方向上传输）

       在 WebSocket API 中，浏览器和服务器只需要做一个握手的动作，然后浏览器和服务器之间就形成了一条快速通道，两者就可以直接互相传送数据了。

二.相比传统Http协议的优点及作用
  1.Http协议的弊端：
    a.Http协议为半双工协议。（半双工：同一时刻，数据只能在客户端和服务端一个方向上传输）
    b.Http协议冗长且繁琐
    c.易收到攻击，如长轮询
    d.非持久化协议
  2.WebSocket的特性：
    a.单一的 TCP 连接，采用全双工模式通信
    b.对代理、防火墙和路由器透明
    c.无头部信息、Cookie 和身份验证
    d.无安全开销
    e.通过 ping/pong 帧保持链路激活
    f.持久化协议，连接建立后，服务器可以主动传递消息给客户端，不再需要客户端轮询


三.聊天实例
        前面提到过，WebSocket通信需要建立WebSocket连接,客户端首先要向服务端发起一个 Http 请求，这个请求和通常的 Http 请求不同，包含了一些附加头信息，其中附加信息"Upgrade:WebSocket"表明这是一个基于 Http 的 WebSocket 握手请求。如下：

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: sdewgzgfewfsgergzgewrfaf==
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13
Origin: http://example.com

        其中，Sec-WebSocket-Key是随机的，服务端会使用它加密后作为Sec-WebSocket-Accept的值返回；Sec-WebSocket-Protocol是一个用户定义的字符串，用来区分同URL下，不同的服务所需要的协议；Sec-WebSocket-Version是告诉服务器所使用的Websocket Draft（协议版本）
  
        不出意外，服务端会返回下列信息表示握手成功，连接已经建立：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: sdgdfshgretghsdfgergtbd=
Sec-WebSocket-Protocol: chat

        到这里 WebSocket 连接已经成功建立，服务端和客户端可以正常通信了，此时服务端和客户端都是对等端点，都可以主动发送请求到另一端。

        下面是前端和后端的实现过程，后端我采用了 Netty 的 API，因为最近在学 Netty，所以就采用了 Netty 中的 NIO 来构建 WebSocket 后端，我看了下网上也有用 Tomcat API 来实现，看起来也很简单，朋友们可以试试。前端使用HTML5 来构建，可以参考 WebSocket接口文档 ，非常方便简单。

Lanucher用来启动WebSocket服务端

import com.company.server.WebSocketServer;

public class Lanucher {

	public static void main(String[] args) throws Exception {
		// 启动WebSocket
		new WebSocketServer().run(WebSocketServer.WEBSOCKET_PORT);
	}
	
}

使用 Netty 构建的 WebSocket 服务

import org.apache.log4j.Logger;

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelPipeline;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
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.stream.ChunkedWriteHandler;

/**
 * WebSocket服务
 *
 */
public class WebSocketServer {
	private static final Logger LOG = Logger.getLogger(WebSocketServer.class);
	
	// websocket端口
	public static final int WEBSOCKET_PORT = 9090;

	public void run(int port) throws Exception {
		EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
		EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
		try {
			ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
			b.group(bossGroup, workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).childHandler(new ChannelInitializer() {

				@Override
				protected void initChannel(Channel channel) throws Exception {
					ChannelPipeline pipeline = channel.pipeline();
					pipeline.addLast("http-codec", new HttpServerCodec()); // Http消息编码解码
					pipeline.addLast("aggregator", new HttpObjectAggregator(65536)); // Http消息组装
					pipeline.addLast("http-chunked", new ChunkedWriteHandler()); // WebSocket通信支持
					pipeline.addLast("handler", new BananaWebSocketServerHandler()); // WebSocket服务端Handler
				}
			});
			
			Channel channel = b.bind(port).sync().channel();
			LOG.info("WebSocket 已经启动，端口：" + port + ".");
			channel.closeFuture().sync();
		} finally {
			bossGroup.shutdownGracefully();
			workerGroup.shutdownGracefully();
		}
	}
	
}

WebSocket 服务端处理类，注意第一次握手是 Http 协议

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelFutureListener;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelPromise;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.handler.codec.http.DefaultFullHttpResponse;
import io.netty.handler.codec.http.FullHttpRequest;
import io.netty.handler.codec.http.FullHttpResponse;
import io.netty.handler.codec.http.HttpHeaders;
import io.netty.handler.codec.http.HttpResponseStatus;
import io.netty.handler.codec.http.HttpVersion;
import io.netty.handler.codec.http.websocketx.CloseWebSocketFrame;
import io.netty.handler.codec.http.websocketx.PingWebSocketFrame;
import io.netty.handler.codec.http.websocketx.PongWebSocketFrame;
import io.netty.handler.codec.http.websocketx.TextWebSocketFrame;
import io.netty.handler.codec.http.websocketx.WebSocketFrame;
import io.netty.handler.codec.http.websocketx.WebSocketServerHandshaker;
import io.netty.handler.codec.http.websocketx.WebSocketServerHandshakerFactory;
import io.netty.util.CharsetUtil;

import org.apache.log4j.Logger;

import com.company.serviceimpl.BananaService;
import com.company.util.CODE;
import com.company.util.Request;
import com.company.util.Response;
import com.google.common.base.Strings;
import com.google.gson.JsonSyntaxException;


/**
 * WebSocket服务端Handler
 *
 */
public class BananaWebSocketServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler