spring、tomcat是如何配合完成websocket

综述

像IM这一类web系统，需要有机制知道是否有新消息，没有websocket前主要靠轮训。
轮训频率设得过高，有效轮训率低，不仅消耗网络资源，还占用cpu资源；轮训频率设得过低，又会造成消息延时较大。
为此诞生了websocket，消息可以由服务端主动推送到客户端，不仅实时性高，效率也是拉满。
为了尽量减少对现有系统进行改造，websocket是在建立在http的基础之上的，这样不仅可以复用http的端口，服务端及客户端的改造都更小。

websocket协议

1. 握手阶段：如上所述websocket是基于http，主要是握手阶段仍使用http协议，当HTTP处理器发现头部带“Upgrade: websocket”，则认为连接是要升级到websocket的协议；如果支持websocket则返回允许升级到websocket的响应。
2. 通信阶段：客户端接受到服务端允许升级协议的响应后，则认为握手完成，后续都以websocket格式发送报文。

websocke报文格式如下(图片来源https://zhuanlan.zhihu.com/p/407711596)：

websocket协议本身很简单，各个字段的含义可以参考其他文章，这里不再详述，本文主要分析tomcat如何实现websocket以及spring boot如何基于tomcat集成websocket。
本文基于tomcat NIO模式进行分析。
分析前可以大致梳理一下，有哪些关键点。

1. tomcat NIO模式下，会为每个请求分配一个线程进行处理，websocket是长连接，这个线程是否会与websocket连接绑定，而一直被同一个websocket占有。
2. websocket协议升级是在那个点触发的。
3. tomcat是如何在http的基础之上支持websocket
4. tomcat的websocket是如何暴露接口给spring去集成的。

tomcat NIO模式下线程模型

各个线程的初始化详见org.apache.tomcat.util.net.NioEndpoint#startInternal

1. Acceptor线程主逻辑用于调用accept方法接受请求，生成socket并在Poller中注册
2. Poller线程主逻辑是调用select方法，获取可读写的socket，并创建SocketProcessor，并丢给Processor线程进行处理。
3. Processor线程主要逻辑是根据协议解析socket中的数据，并调用servlet容器进行业务处理。

tomcat NIO模式下请求处理流程

本文不详细解析tomcat的内部实现，http协议本身很简单，没有握手的过程，仅仅只是简单的请求/应答。理论上，只需要 接受请求 -> 解析报文 -> 丢给servlet处理 这几个过程。
tomcat为了实现更丰富的功能抽象出Engine,Host,Context等概念，为了便于理解我们简化一下tomcat模型，我们将CoyoteAdapter到StandardWrapper当成servlet容器内部的行为，将其合并为Servlet Container，其功能就是将request路由到正确的servlet进行处理。
那么请求的处理过程可以简化成

1. SocktProcessor主要做协议解析，将socket中的字节流转换成一帧帧HTTP报文
2. servlet container主要请求路由，跟url信息转发到正确的servlet进行处理
3. FilterChain这个是servlet规范中的FilterChain，在请求在交给servlet处理前，会经过一系列的Filter进行处理
4. servlet这个就不解释了。

websocket协议升级涉及的点

1. websocket与http有点区别，websocket是长连接(虽然http也可以配置 keepalive在实现长连接，但是服务端并不保证客户端一直没有发请求的情况下仍然保持连接)，正常情况下只有双方其中一端显式关闭连接，才能结束这个socket。所以SocktProcessor要了解到该socket连接是有升级过协议的；不仅如此因为websocket是基于http，共用端口，所以SocktProcessor也要感知到socket连接是升级过协议，这样完成握手后的请求，要由websocket的协议处理器去做协议解析。
2. websocket协议本身并没有鉴权等设计，这个需要委托给握手阶段的http报文的处理。为此握手阶段的报文要当成正常的http协议处理，需要走所有已配置的Filter；所以握手阶段的处理一定会走到servlet容器里面，而且spring应该会注册专门的handler去处理升级前的http报文。
3. servlet处理模型与websocket不一致，所以框架里面应该会有注册websocket的handler的逻辑。

待续