Springboot-websocket实现及底层原理

引入依赖

Spring Boot 中的 WebSocket 依赖于 Spring WebFlux 模块，使用了 Reactor Netty 库来实现底层的 WebSocket 通信。

   org.springframework.boot
   spring-boot-starter-websocket
        

服务端配置

/**
 * WebSocket配置类
 */
@Configuration
public class WebSocketConfig {

    /**
     * 注入ServerEndpointExporter的bean对象，自动注册使用了@ServerEndpoint注解的bean
     * @return
     */
    @Bean
    public ServerEndpointExporter serverEndpointExporter(){
        return new ServerEndpointExporter();
    }

}

ServerEndpointExporter

        在Spring框架中，ServerEndpointExporter的注入是WebSocket配置的重要部分。

为什么要注入ServerEndpointExporter对象？

1. 自动注册WebSocket端点: ServerEndpointExporter会扫描Spring应用上下文中使用了@ServerEndpoint注解的类，并自动注册这些类为WebSocket端点。这样，就不需要手动注册每个端点，简化了WebSocket端点的配置过程。

2. 集成Spring框架: 通过ServerEndpointExporter，Spring框架能够更好地管理和配置WebSocket端点。例如，Spring的依赖注入功能可以用于WebSocket端点，使得端点可以依赖Spring管理的bean。

如果实现自动注册端点(函数registerEndpoints)?

请看下述注释:

1. 创建一个linkedhashset集合来存储端点类.
2. 从spring上下文中查找所有带有serverEndPoint的bean并添加到endPointClasses集合中
3. 遍历集合,注册每一个端点类
4. 从spring上下文中查找所有带有serverEndPointConfig的bean,放置在集合中并注册

protected void registerEndpoints() {
    // 创建一个LinkedHashSet来存储端点类，确保顺序和唯一性
    Set> endpointClasses = new LinkedHashSet<>();
    
    // 如果annotatedEndpointClasses不为空，将其全部添加到endpointClasses中
    if (this.annotatedEndpointClasses != null) {
        endpointClasses.addAll(this.annotatedEndpointClasses);
    }

    // 获取应用上下文
    ApplicationContext context = this.getApplicationContext();
    
    // 如果上下文不为空，从上下文中获取所有带有ServerEndpoint注解的bean的名字
    if (context != null) {
        String[] endpointBeanNames = context.getBeanNamesForAnnotation(ServerEndpoint.class);
        
        // 遍历所有bean名字
        for (String beanName : endpointBeanNames) {
            // 将bean对应的类型添加到endpointClasses中
            endpointClasses.add(context.getType(beanName));
        }
    }

    // 遍历所有收集到的端点类
    for (Class endpointClass : endpointClasses) {
        // 注册每个端点类
        this.registerEndpoint(endpointClass);
    }

    // 如果上下文不为空，从上下文中获取所有ServerEndpointConfig类型的bean
    if (context != null) {
        Map endpointConfigMap = context.getBeansOfType(ServerEndpointConfig.class);
        
        // 遍历所有ServerEndpointConfig类型的bean
        for (ServerEndpointConfig endpointConfig : endpointConfigMap.values()) {
            // 注册每个ServerEndpointConfig
            this.registerEndpoint(endpointConfig);
        }
    }
}

创建websocket对象

/**
 * 服务端WebSocket对象
 */
@ServerEndpoint(value = "/chat/{param}")
@Component
public class ChatEndpoint {

    //用来存储每一个客户端对象对应的ChatEndpoint对象  ConcurrentHashMap效率高，线程安全，但是key和value都不能为null
//    public static Map onlineUsers = new ConcurrentHashMap<>();

    public static CopyOnWriteArraySet webSocketCopyOnWriteArraySet = new CopyOnWriteArraySet<>();

    private String loginId;

    //声明Session对象，通过该对象可以发送消息给指定的用户
    private Session session;


    /**
     * 连接建立时被调用
     * @param session
     * @param param
     */
    @OnOpen
    public void onOpen(Session session, @PathParam("param")String param){
        //将局部的session对象赋值给成员session
        this.session = session;
        this.loginId = param; //1_1 0是企业，1是求职者
        //将当前登录用户存储到容器中
        webSocketCopyOnWriteArraySet.add(this);
    }


    /**
     * 接收到客户端发来的消息时被调用
     * @param message
     */
    @OnMessage
    public void onMessage(String message){
        try{
            JSONObject messageObject = JSON.parseObject(message);
            Integer userId = messageObject.getInteger("userId");
            Integer enterpriseId = messageObject.getInteger("enterpriseId");
            Integer status = messageObject.getInteger("status");
            Integer chatId = messageObject.getInteger("chatId");

            String receiver ="";
            if(status==0){
                receiver ="USER_"+userId;
            }else{
                receiver ="ENTERPRISE_"+enterpriseId;
            }

            // 单聊
            for(ChatEndpoint chatEndpoint : webSocketCopyOnWriteArraySet){
                if(chatEndpoint.loginId.equals(receiver)){
                    chatEndpoint.session.getBasicRemote().sendText(JSONObject.toJSONString(messageObject));
                }
            }

        }catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }


    }

    /**
     * 发送系统消息
     * @param receiverId
     */
    public void sendSystemMessage(String receiverId) {
        try{
            JSONObject messageObject = new JSONObject();
            for(ChatEndpoint chatEndpoint : webSocketCopyOnWriteArraySet){
                if(chatEndpoint.loginId.equals(receiverId)){
                    chatEndpoint.session.getBasicRemote().sendText(JSONObject.toJSONString(messageObject));
                }
            }
        }catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 连接关闭时被调用
     */
    @OnClose
    public void onClose(){
        webSocketCopyOnWriteArraySet.remove(this);
    }

}

ServerEndpoint注解

@ServerEndpoint是一个类层次的注解，它的功能是标识当前类是一个WebSocket服务端，注解的值将被用于监听用户连接的终端访问URL地址，客户端可以通过这个URL来连接到WebSocket服务器端。

生命周期回调方法

一个用 @ServerEndpoint 注解标记的类，可以定义以下几种方法来处理不同的 WebSocket 事件：

• @OnOpen：在客户端打开连接时调用。
• @OnMessage：在接收到客户端消息时调用。
• @OnClose：在连接关闭时调用。
• @OnError：在通信过程中发生错误时调用。

session 对象

session 对象是 Java WebSocket API 中 javax.websocket.Session 类的一个实例。它表示服务器和特定客户端之间的 WebSocket 连接。通过 session 对象，可以执行各种操作，比如发送消息（getBasicRemote().sendText()）给客户端、关闭连接以及访问 WebSocket 连接的属性。

CopyOnWriteArraySet & ConcurrentHashMap

CopyOnWriteArraySet 是 Java 中一个线程安全的 Set 实现，它基于 CopyOnWriteArrayList，实现了 Set 接口。

线程安全的原因

1. 写时复制机制:

   当执行修改操作（如添加或删除元素）时，CopyOnWriteArraySet 会复制底层的数组，创建一个新的数组并在其上进行修改操作。修改完成后，将新的数组引用替换旧的数组引用。这种机制确保了在修改操作进行期间，原有的数组不会被修改，所有正在读取操作的线程仍然可以安全地访问旧的数组。

2. 读写分离:

   读操作直接读取底层数组，不需要加锁，因此读操作非常高效。写操作因为会复制数组，代价较高，但因为写操作相对读操作较少，这种设计在大多数应用场景中是可以接受的。

使用场景

CopyOnWriteArraySet 适用于以下场景：

• 多线程环境中读操作远多于写操作。
• 不需要强一致性的快速读取操作。
• 需要线程安全但不希望在读操作上有任何性能损耗。