Spring Boot中使用WebSocket

为什么要用WebSocket？

我们往往需要一些这样的场景，服务器给客户端推送消息，如淘宝推送消息，网上聊天等，这些场景下客户端没有主动向服务器发请求，而是由服务器主动的向客户端发送消息，但是之前用的HTTP协议是一次请求一次响应

那该如何实现服务器主动的向客户端推送消息呢？

如果继续使用HTTP协议，可以基于轮询的方式实现，也就是客户端每隔一段时间给服务器发请求，看看有没有要发送给我的消息，如果有就获取到消息，如果没有就等待

上述轮询存在一定问题：

1. 消耗更多的系统资源，客户端要频繁的向服务器发请求，而这些请求大多数是没有响应的
2. 获取消息不够及时，只有轮询的时候（下次请求的周期）才能够获取到消息

如果提高轮询频率，则将消耗更多的系统资源，如果降低轮询频率，那获取消息就不够及时

此时可以使用WebSocket协议，WebSocket协议也是应用层协议，传输层也是基于TCP协议的，该协议可以实现服务器主动向客户端推送消息的功能

WebSocket的握手阶段

先了解一下报文格式中的几个重要信息：

• FIN：表示是否关闭websocket
• opcode操作码：描述了当前的websocket数据帧是起到了啥作用（0x1表示文本数据，0x2表示二进制数据）
• MASK：是否开启掩码操作，掩码操作是为了避免缓冲区溢出
• payload length：载荷的长度
• payload data：载荷真正携带的数据

WebSocket协议的握手过程

总结如下：

1. 客户端向服务端发一个申请建立websocket连接的HTTP请求，该请求是基于HTTP协议的，这个HTTP请求的请求头包含了重要的Header头，如Connection: upgrade，Upgrade: websocket，标识要进行协议升级，并升级的协议类型为websocket
2. 服务端收到该请求后，返回一个HTTP响应，响应状态码为101表示协议切换，并且响应也会包含重要的Header头Connection: upgrade，Upgrade: websocket
3. 客户端与服务端建立好全双工的websocket长连接，后续传输都是基于WebSocket协议

Spring Boot中使用WebSocket

添加WebSocket依赖

<dependency>
	<groupId>org.springframework.bootgroupId>
	<artifactId>spring-boot-starter-websocketartifactId>
dependency>

服务器代码编写

主要的步骤分为以下两步：

1. 创建一个类作为WebSocketHandler（处理WebSocket中各个通信流程）
2. 把上述类注册到Spring中，配置路由（关联上哪个路径对应上述的handler）

创建一个类继承TextWebSocketHandler，并添加类注解@Component将该类注册到Spring中，并重写：

• afterConnectionEstablished：该方法会在websocket连接成功后被调用
• handleTextMessage：该方法是在websocket收到消息的时候自动调用
• handleTransportError：该方法是在websocket连接出现异常的时候自动调用的
• afterConnectionClosed：该方法是在websocket连接关闭后自动调用的

@Component
public class WebSocketAPI extends TextWebSocketHandler {

    @Override //该方法会在websocket连接成功后被调用
    public void afterConnectionEstablished(WebSocketSession session) throws Exception {
        //WebSocketSession是websocket连接对应的会话
        System.out.println("建立连接了");
    }

    @Override //该方法是在websocket收到消息的时候自动调用
    protected void handleTextMessage(WebSocketSession session, TextMessage message) throws Exception {
        //message 为收到的消息
        System.out.println("发送消息："+message.toString());
        //session是个会话，里面记录了通信双方,通过session对象调用send方法实现服务器推送消息
        session.sendMessage(message);
        message.getPayload(); //获取的message字符串
    }

    @Override //该方法是在websocket连接出现异常的时候自动调用的
    public void handleTransportError(WebSocketSession session, Throwable exception) throws Exception {
        //exception记录了异常信息
        System.out.println("连接出现异常了");
    }

    @Override //该方法是在websocket连接关闭后自动调用的
    public void afterConnectionClosed(WebSocketSession session, CloseStatus status) throws Exception {
        //status 为关闭的状态
        System.out.println("连接关闭了");
    }
}

创建另一个类实现WebSocketConfigurer接口，在类上添加@Configuration，@EnableWebSocket，并重写registerWebSocketHandlers方法

@Configuration
@EnableWebSocket
public class WebSocketConfig implements WebSocketConfigurer {

    @Autowired
    private WebSocketAPI webSocketAPI;

    @Override //通过该方法，把创建好的Handler类注册到具体的路径上
    public void registerWebSocketHandlers(WebSocketHandlerRegistry registry) {
        //当浏览器，websocket的请求路径是/test的时候，就会调用到webSocketTest中的方法
        registry.addHandler(webSocketAPI,"/websocketMessage");
    }
}

每个和服务端建立websocket连接的客户端，都会在服务器这边有与之对应的WebSocketSession对象，服务器要想给谁发消息，就必须使用谁的WebSocketSession对象调用sendMessage方法发送消息，服务器向客户端推送消息使用session.sendMessage(String message)发送消息，session为每个服务器与客户端建立的websocket会话WebSocketSession

WebSocketSession如何获取用户信息？

我们通常需要获取websocket保存的用户会话的用户信息，那如何获取到连接用户的用户信息呢？

通过注册特定的HttpSession拦截器，就可以把用户给HttpSession中添加的Attribute键值对，往WebSocketSession中也添加一份

@Configuration
@EnableWebSocket
public class WebSocketConfig implements WebSocketConfigurer {
    @Autowired
    private WebSocketAPI webSocketAPI;
    @Override
    public void registerWebSocketHandlers(WebSocketHandlerRegistry registry) {
        registry.addHandler(webSocketAPI,"/websocketMessage").
                // 通过注册特定的HttpSession拦截器，就可以把
                // 用户给HttpSession中添加的Attribute键值对，往WebSocketSession中也添加一份
                addInterceptors(new HttpSessionHandshakeInterceptor());
    }
}

添加完后，可以使用WebSocketSession对象调用getAttributes().get("user")方法获取用户在HttpSession中保存的用户信息

    @Override
    public void afterConnectionEstablished(WebSocketSession session) throws Exception {
        User user = (User)session.getAttributes().get("user");
        System.out.println("建立连接");
    }

创建管理类管理用户与会话

可以使用HashMap来维护用户与WebSocketSession的关系，key为用户id，value为WebSocketSession对象，只是此时使用线程安全的集合类ConcurrentHashMap

@Component
public class WebSocketSessionManage {
    private ConcurrentHashMap<Integer, WebSocketSession> websocketSessions = new ConcurrentHashMap<>();

    //用户连接，添加连接关系
    public void addWebSocketSession(Integer userId,WebSocketSession webSocketSession){
        //用户已经上线，防止多开
        if(websocketSessions.containsKey(userId)){
            return;
        }
        websocketSessions.put(userId,webSocketSession);
    }

    //用户掉线，删除连接关系
    public void delWebSocketSession(Integer userId,WebSocketSession webSocketSession){
        WebSocketSession get = websocketSessions.get(userId);
        //只有关系中存在自己的连接信息，才删除
        if(get == webSocketSession){
            websocketSessions.remove(userId);
        }
    }

    //根据用户id获取WebSocketSession
    public WebSocketSession getWebSocketSession(Integer userId){
        return websocketSessions.get(userId);
    }
}

客户端代码

客户端使用WebSocket的实例调用send方法即可向服务器发送消息，发送的消息一般为json字符串，所以我们可以使用websocket.send(JSON.stringfy(js))将js对象序列换为json字符串发送

<script>
	 //websocket传输消息
	 //创建websocket实例
	let websocket = new WebSocket("ws://" + location.host + "/websocketMessage");
	//绑定一些函数
	websocket.onopen = function(){
	    console.log('建立连接')
	}
	websocket.onmessage = function(e){
	    //e.data为收到服务端推送的消息
	    //e.data为一个json字符串，可以使用JSON.prase(e.data)转换为js对象
	    let resp = JSON.prase(e.data);
	    console.log('收到消息：'+resp)
	}
	websocket.onerror = function(){
	    console.log('出现异常')
	}
	websocket.onclose = function(){
	    console.log('关闭连接')
	}
	//使用websocket实例调用send方法即可向服务器发送消息
	//注意：参数为字符串，不能为js对象
	//要发送json格式的数据，将json对象序列化为字符串，JSON.stringfy(json)
	websocket.send("hehe");
script>