WebSocket就是这么简单

Original Java3y Java3y 2021-01-12

前言

今天在慕课网上看到了Java的新教程（Netty入门之WebSocket初体验）：https://www.imooc.com/learn/941

WebSocket我是听得很多，没有真正使用过的技术。我之前也去了解过了WebSocket究竟是什么东西，不过一直没有去实践过。

我在写监听器博文的时候，在线人数功能用监听器的是来做，在评论有说使用WebSocket的方式会更加好。

那么，我们就来探究一下WebSocket究竟是什么东西，顺便了解一下Netty。！

WebSocket介绍

什么是WebSocket

WebSocket是一个协议，归属于IETF。

HTTP是运行在TCP协议传输层上的应用协议，而WebSocket是通过HTTP协议协商如何连接，然后独立运行在TCP协议传输层上的应用协议。
Websocket是一个持久化的协议，相对于HTTP这种非持久的协议来说。
websocket约定了一个通信的规范，通过一个握手的机制，客户端和服务器之间能建立一个类似tcp的连接，从而方便它们之间的通信

为什么需要WebSocket

添加WebSocket特性，是为了更好、更灵活，轻量的与服务器通讯。因为WebSocket提供了简单的消息规范，可以更快的适应长连接的环境，其实现在HTTP协议自身就可以做，但是不太轻便。

WebSocket最大的特点就是实现全双工通信：客户端能够实时推送消息给服务端，服务端也能够实时推送消息给客户端。

WebSocket可以做聊天室，股票实时价格显示等应用

纠正WebSocket误区

WebSocket是一种应用协议，而我们常常看到了HTML5 WebSocket是API,不要将其进行混淆。

广义上的 HTML5 里面包含的是 WebSocket API，并不是 WebSocket。简单的说，可以把 WebSocket 当成 HTTP，WebSocket API 当成 Ajax。

Netty介绍

什么是Netty

知乎的@郭无心总结得很好，我下面就摘抄一下了(链接在下方)：

Netty是什么？

1）本质：JBoss做的一个Jar包
2）目的：快速开发高性能、高可靠性的网络服务器和客户端程序
3）优点：提供异步的、事件驱动的网络应用程序框架和工具

通俗的说：一个好使的处理Socket的东东

如果没有Netty？

远古：java.net + java.io
近代：java.nio
其他：Mina，Grizzly

简单来说：

你想写个tomcat一样的Server，可以用netty。
你想写一个即时通讯的应用，可以用netty。
你想实现一个高性能Rpc框架，可以用netty。

Netty优势

Netty优势：API简单，性能高，入门门槛低，成熟稳健，修复了很多原生NIO的bug

回到课程中来

课程是以Netty实现WebSocket来进行讲解的，也就上边所说的：用Netty来实现即时通信的应用

源码下载地址：https://img.mukewang.com/down/5a6e804c0001970d00000000.zip

首先创建了一个全局配置类，WebSocket是全双工通信的，它是通过通道来进行通信，因此配置了系统通道组，管理所有的通道

/**
 * 存储整个工程的全局配置
 * @author liuyazhuang
 *
 */
public class NettyConfig {

    /**
     * 存储每一个客户端接入进来时的channel对象
     */
    public static ChannelGroup group = new DefaultChannelGroup(GlobalEventExecutor.INSTANCE);
}

配置一些通道的信息(可以理解成Servlet时配置request对象的charset、response对象的缓存)

/**
 * 初始化连接时候的各个组件
 * @author liuyazhuang
 *
 */
public class MyWebSocketChannelHandler extends ChannelInitializer<SocketChannel> {



    //配置通道的一些编码格式、数据大小、处理器(交由谁处理)
    @Override
    protected void initChannel(SocketChannel e) throws Exception {
        e.pipeline().addLast("http-codec", new HttpServerCodec());
        e.pipeline().addLast("aggregator", new HttpObjectAggregator(65536));
        e.pipeline().addLast("http-chunked", new ChunkedWriteHandler());
        e.pipeline().addLast("handler", new MyWebSocketHandler());
    }
}

Netty接收请求，分别处理HTTP请求和WebSocket请求，此部分在视频中单单只是代码编写，并没有做过多的介绍。下面我就整理一下：

该类是用于处理请求的核心业务类
最重要的方法是：messageReceived()方法，主要判断是HTTP请求还是WebSocket请求

如果不是WebSocket握手请求消息,那么直接返回HTTP 400 BAD REQUEST 响应给客户端，应答消息，并关闭链接。
如果是握手请求，那么就进行握手,将WebSocket相关的编码和解码类动态添加到ChannelPipeline中
是HTTP请求时，就handHttpRequest()来进行处理，该方法判断是否有握手的倾向，
是websocket则群发，服务端向每个连接上来的客户端群发消息

package com.imooc.netty;

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.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.handler.codec.http.DefaultFullHttpResponse;
import io.netty.handler.codec.http.FullHttpRequest;
import io.netty.handler.codec.http.HttpResponseStatus;
import io.netty.handler.codec.http.HttpVersion;
import io.netty.handler.codec.http.websocketx.*;
import io.netty.util.CharsetUtil;

import java.util.Date;

/**
 * 接收/处理/响应客户端websocket请求的核心业务处理类
 *
 * @author liuyazhuang
 */
public class MyWebSocketHandler extends SimpleChannelInboundHandler<Object> {

    private WebSocketServerHandshaker handshaker;
    private static final String WEB_SOCKET_URL = "ws://localhost:8888/websocket";


    //客户端与服务端创建连接的时候调用
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        NettyConfig.group.add(ctx.channel());
        System.out.println("客户端与服务端连接开启...");
    }

    //客户端与服务端断开连接的时候调用
    @Override
    public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        NettyConfig.group.remove(ctx.channel());
        System.out.println("客户端与服务端连接关闭...");
    }

    //服务端接收客户端发送过来的数据结束之后调用
    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.flush();
    }

    //工程出现异常的时候调用
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }

    //服务端处理客户端websocket请求的核心方法
    @Override
    protected void messageReceived(ChannelHandlerContext context, Object msg) throws Exception {

        // 传统的HTTP接入
        //第一次握手请求消息由HTTP协议承载，所以它是一个HTTP消息，执行handleHttpRequest方法来处理WebSocket握手请求。
        if (msg instanceof FullHttpRequest) {
            handHttpRequest(context, (FullHttpRequest) msg);
        }

        // WebSocket接入
        // 客户端通过文本框提交请求消息给服务端，WebSocketServerHandler接收到的是已经解码后的WebSocketFrame消息。
        else if (msg instanceof WebSocketFrame) {

            handWebsocketFrame(context, (WebSocketFrame) msg);
        }
    }


    /**
     * 处理客户端向服务端发起http握手请求的业务
     *
     * @param ctx
     * @param req
     */
    private void handHttpRequest(ChannelHandlerContext ctx, FullHttpRequest req) {

        //如果不是WebSocket握手请求消息，那么就返回 HTTP 400 BAD REQUEST 响应给客户端。
        if (!req.getDecoderResult().isSuccess()
                || !("websocket".equals(req.headers().get("Upgrade")))) {
            sendHttpResponse(ctx, req,
                    new DefaultFullHttpResponse(HttpVersion.HTTP_1_1, HttpResponseStatus.BAD_REQUEST));
            return;
        }

        //如果是握手请求，那么就进行握手
        WebSocketServerHandshakerFactory wsFactory = new WebSocketServerHandshakerFactory(
                WEB_SOCKET_URL, null, false);
        handshaker = wsFactory.newHandshaker(req);
        if (handshaker == null) {
            WebSocketServerHandshakerFactory.sendUnsupportedWebSocketVersionResponse(ctx.channel());
        } else {

            // 通过它构造握手响应消息返回给客户端，
            // 同时将WebSocket相关的编码和解码类动态添加到ChannelPipeline中，用于WebSocket消息的编解码，
            // 添加WebSocketEncoder和WebSocketDecoder之后，服务端就可以自动对WebSocket消息进行编解码了
            handshaker.handshake(ctx.channel(), req);
        }
    }

    /**
     * 处理客户端与服务端之前的websocket业务
     *
     * @param ctx
     * @param frame
     */
    private void handWebsocketFrame(ChannelHandlerContext ctx, WebSocketFrame frame) {
        //判断是否是关闭websocket的指令
        if (frame instanceof CloseWebSocketFrame) {
            handshaker.close(ctx.channel(), (CloseWebSocketFrame) frame.retain());
        }
        //判断是否是ping消息
        if (frame instanceof PingWebSocketFrame) {
            ctx.channel().write(new PongWebSocketFrame(frame.content().retain()));
            return;
        }

        //判断是否是二进制消息，如果是二进制消息，抛出异常
        if (!(frame instanceof TextWebSocketFrame)) {
            System.out.println("目前我们不支持二进制消息");
            throw new RuntimeException("【" + this.getClass().getName() + "】不支持消息");
        }


        //返回应答消息
        //获取客户端向服务端发送的消息
        String request = ((TextWebSocketFrame) frame).text();
        System.out.println("服务端收到客户端的消息====>>>" + request);
        TextWebSocketFrame tws = new TextWebSocketFrame(new Date().toString()
                + ctx.channel().id()
                + " ===>>> "
                + request);
        //群发，服务端向每个连接上来的客户端群发消息
        NettyConfig.group.writeAndFlush(tws);
    }



    /**
     * 服务端向客户端响应消息
     *
     * @param ctx
     * @param req
     * @param res
     */
    private void sendHttpResponse(ChannelHandlerContext ctx, FullHttpRequest req,
                                  DefaultFullHttpResponse res) {

        // 返回应答给客户端
        if (res.getStatus().code() != 200) {
            ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer(res.getStatus().toString(), CharsetUtil.UTF_8);
            res.content().writeBytes(buf);
            buf.release();
        }

        // 如果是非Keep-Alive，关闭连接
        ChannelFuture f = ctx.channel().writeAndFlush(res);
        if (res.getStatus().code() != 200) {
            f.addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);
        }
    }
}

最后，编写入口程序：启动WebSocket服务

package com.imooc.netty;

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;

/**
 * 程序的入口，负责启动应用
 * @author liuyazhuang
 *
 */
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
        EventLoopGroup workGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
            b.group(bossGroup, workGroup);
            b.channel(NioServerSocketChannel.class);
            b.childHandler(new MyWebSocketChannelHandler());
            System.out.println("服务端开启等待客户端连接....");
            Channel ch = b.bind(8888).sync().channel();
            ch.closeFuture().sync();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally{
            //优雅的退出程序
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

客户端代码：

<html>
    <head>
        <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset = utf-8"/>
        <title>WebSocket客户端</title>
    <script type="text/javascript">
        var socket;
        if(!window.WebSocket){
            window.WebSocket = window.MozWebSocket;
        }
        if(window.WebSocket){
            socket = new WebSocket("ws://localhost:8888/websocket");
            socket.onmessage = function(event){
                var ta = document.getElementById('responseContent');
                ta.value += event.data + "\r\n";
            };
            socket.onopen = function(event){
                var ta = document.getElementById('responseContent');
                ta.value = "你当前的浏览器支持WebSocket,请进行后续操作\r\n";
            };
            socket.onclose = function(event){
                var ta = document.getElementById('responseContent');
                ta.value = "";
                ta.value = "WebSocket连接已经关闭\r\n";
            };
        }else{
            alert("您的浏览器不支持WebSocket");
        }
        function send(message){
            if(!window.WebSocket){
                return;
            }
            if(socket.readyState == WebSocket.OPEN){
                socket.send(message);
            }else{
                alert("WebSocket连接没有建立成功！！");
            }
        }
    </script>
    </head>
    <body>
        <form onSubmit="return false;">
            <input type = "text" name = "message" value = ""/>
            <br/><br/>
            <input type = "button" value = "发送WebSocket请求消息" onClick = "send(this.form.message.value)"/>
            <hr color="red"/>
            <h2>客户端接收到服务端返回的应答消息</h2>
            <textarea id = "responseContent" style = "width:1024px; height:300px"></textarea>
        </form>
    </body>
</html>

实际使用WebSocket

上面的例子讲解了Netty实现WebSocket，一般我们使用WebSocket不会自己来实现，都是用现成的工具包来进行实现。

我查到的常用的方式有两种：

Tomcat实现WebSocket
整合Spring实现WebSocket

这一部分我就不再赘述了，等我用到的时候再补教程吧，先mark下相关的博客：

Tomcat实现
Spring整合和Tomcat实现
基于Java实现

总结

WebSocket最大的特点就是长连接，能够实时推送数据。

参考链接：

WebSocket知乎问题
WebSocket原理
WebSocket原理
Netty知乎问题
chunk编码什么用

如果文章有错的地方欢迎指正，大家互相交流。习惯在微信看技术文章的同学，想要获取更多的Java资源的同学，可以关注微信公众号:Java3y

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