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WebSocket聊天功能小Demo

爱琴孩 2024-06-17 10:13:16
简介WebSocket聊天功能小Demo

一、WebSocket简介

1.1 什么是WebSocket？

WebSocket协议是基于TCP的一种网络协议，它实现了浏览器与服务器全双工（Full-duplex）通信。它允许服务端主动向客户端推送数据，这使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单高效。在WebSocket API中，浏览器和服务器只需要完成一次握手，两者之间就可以创建持久性的连接，并进行双向数据传输。WebSocket 在握手之后便直接基于 TCP 进行消息通信，只是 TCP的基础上的一层非常轻的封装，它只是将TCP的字节流转换成消息流（文本或二进制），至于怎么解析这些消息的内容完全依赖于应用本身。

1.2 为什么需要 WebSocket？

我们知道HTTP 协议有一个缺陷：通信只能由客户端发起，服务器端无法向某个客户端推送数据。然而，在某些场景下，数据推送是非常必要的功能，为了实现推送技术，所用的技术都是轮询，即：客户端在特定的的时间间隔（如每 1 秒），由浏览器对服务器发出 HTTP 请求，然后由服务器返回最新的数据给客户端的浏览器。

例如，在外卖场景下，当骑手位置更新时，服务器端向客户端推送骑手位置数据。如果使用HTTP协议，那么就只能轮询。轮询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，然而 HTTP 请求可能包含较长的头部，其中真正有效的数据可能只是很小的一部分，显然这样会浪费很多的带宽等资源，同样，数据时效性较低，存在一定的数据延迟。在这种情况下，WebSocket 出现了，使用 WebSocket 协议可以实现由服务端主动向客户端推送消息，同时也可以实现客户端向服务器端发送消息。这样能更好得节省服务器资源和带宽；并且能够更实时地进行通讯。随着HTML 5 的流行， WebSocket已经成为国际标准，目前主流的浏览器都已经支持。

1.3 WebSocket的优点

  • 较少的控制开销。在连接建立后，服务端和客户端之间交换数据时，用于协议控制的数据包头部相对较小。在不包含扩展的情况下，对于服务器到客户端的内容，此头部大小只有 2 至 10 字节（和数据包长度有关）；对于客户端到服务器的内容，此头部还需要加上额外的 4 字节的掩码。这相对于 HTTP 协议每次都要携带完整的头部信息，此项开销显著减少了。

  • 更强的实时性。由于WebSocket协议是全双工的，所以服务器可以随时主动向客户端推送数据。相对于 HTTP 请求必须等待客户端发起请求服务端才能响应，延迟明显更少；即使是和Comet 等类似的长轮询比较，WebSocket也能在短时间内更高效的传递数据。

  • 保持连接状态。与 HTTP 不同的是， Websocket 需要先创建连接，这就使得其成为一种有状态的协议，之后通信时可以省略部分状态信息，而 HTTP 请求需要在每个请求都携带状态信息（如Token等）。

  • 更好的二进制支持。 Websocket 定义了二进制帧，相对 HTTP，可以更轻松地处理二进制数据。Websocket 定义了扩展，用户可以扩展协议、实现部分自定义的子协议。如部分浏览器支持Gzip压缩等。

  • 更好的压缩效果。相对于 HTTP 压缩， Websocket 在适当的扩展支持下，可以沿用之前内容的上下文，在传递类似的数据时，可以显著地提高压缩率。

二、WebSocket的事件

我们知道HTTP协议使用http和https的统一资源标志符。WebSocket与HTTP类似，使用的是 ws 或 wss（类似于 HTTPS），其中 wss 表示在 TLS 之上的Websocket。例如：

ws://aiqinhai.com/wsapi
wss://secure.aiqinhai.com/

WebSocket 使用和 HTTP 相同的 TCP 端口，可以绕过大多数防火墙的限制。默认情况下， WebSocket 协议使用80 端口；运行在 TLS 之上时，默认使用 443 端口。WebSocket 只是在 Socket 协议的基础上，非常轻的一层封装。在WebSocket API中定义了open、close、error、message等几个基本事件，这就使得WebSocket使用起来非常简单。 下面是在WebSocket API定义的事件：

事件

事件处理程序

描述

open

Sokcket onopen

连接建立时触发

message

Sokcket onmessage

客户端接收服务端数据时触发

error

Sokcket onerror

通讯发生错误时触发

close

Sokcket onclose

连接关闭时触发

三、Spring Boot整合WebSocket实现聊天室

Spring Boot 提供了 Websocket 组件 spring-boot-starter-websocket，用来支持在 Spring Boot环境下对Websocket 的使用。下面我们就以多人在线聊天室为例，演示 Spring Boot 是如何整合Websocket 实现服务端消息推送的。

3.1 创建前端页面

首先，创建spring boot项目：spring-boot-starter-websocket。接下来，我们构建前台交互页面，创建index.html页面并在 js 中实现WebSocket通讯，完整页面代码如下所示：

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN">
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
<head>
    <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8" />
    <title>Chat Room</title>
    <script type="text/javascript">
        var urlPrefix ='ws://localhost:8080/chat/';
        var ws = null;
        // 加入
        function join() {
            var username = document.getElementById('uid').value;
            var url = urlPrefix + username;
            ws = new WebSocket(url);
            ws.onmessage = function(event){
                var ta = document.getElementById('responseText');
                ta.value += event.data+"
";
            };
            ws.onopen = function(event){
                var ta = document.getElementById('responseText');
                ta.value += "建立 websocket 连接... 
";
            };
            ws.onclose = function(event){
                var ta = document.getElementById('responseText');
                ta.value += "用户["+username+"] 已经离开聊天室! 
";
                ta.value += "关闭 websocket 连接. 
";
            };
        }

        // 退出
        function exit(){
            if(ws) {
                ws.close();
            }
        }

        // 发送消息
        function send(){
            var message = document.getElementById('message').value;
            if(!window.WebSocket){return;}
            if(ws.readyState == WebSocket.OPEN){
                ws.send(message);
            }else{
                alert("WebSocket 连接没有建立成功！");
            }
        }
    </script>
</head>
<body>
<form onSubmit="return false;">
    <h3>爱琴孩聊天室</h3>
    <textarea id="responseText" style="width: 1024px;height: 300px;"></textarea>
    <br/>
    <br />
    <label>昵称 : </label><input type="text" id="uid" /> &nbsp;
    <input type="button" value="加入聊天室" onClick="join()" /> &nbsp;

    <input type="button" value="离开聊天室" onClick="exit()" />
    <br />
    <br />
    <label>消息 : </label><input type="text" id="message" /> &nbsp; <input type="button" value="发送消息" onClick="send()" />
</form>
</body>
</html>

上面的示例中，js中定义了WebSocket通讯相关的代码，如：ws.onopen、ws.onmessage、ws.onclose等事件。

3.2 创建后端服务

接下来，我们开始创建后台WebSocket服务，实现WebSocket后台通讯服务。

step 1 ：引入相关依赖

首先，修改项目的pom.xml文件，主要添加 Web 和 Websocket 组件。具体代码如下所示：

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-websocket</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
            <scope>test</scope>
        </dependency>

step2：消息接收

首先创建ChatServerEndpoint类，并使用@ServerEndpoint注解创建WebSocket EndPoint实现客户端连接、消息的接收、等事件。具体示例代码如下所示：

@Component
@ServerEndpoint("/chat/{username}")
public class ChatServerEndpoint {
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(ChatServerEndpoint.class);

    @OnOpen
    public void openSession(@PathParam("username") String username, Session session) {
        WebSocketUtils.ONLINE_USER_SESSIONS.put(username, session);
        String message = "欢迎用户[" + username + "] 来到聊天室！";
        logger.info("用户登录：" + message);
        WebSocketUtils.sendMessageAll(message);
    }

    @OnMessage
    public void onMessage(String message,@PathParam("username") String username) {
        logger.info("发送消息：" + message);
        WebSocketUtils.sendMessageAll("用户[" + username + "] : " + message);
    }

    @OnClose
    public void onClose(Session session,  @PathParam("username") String username) {
        //当前的Session 移除
        WebSocketUtils.ONLINE_USER_SESSIONS.remove(username);
        //并且通知其他人当前用户已经离开聊天室了
        WebSocketUtils.sendMessageAll("用户[" + username + "] 已经离开聊天室了！");
        try {
            session.close();
        } catch (IOException e) {
            logger.error("onClose error", e);
        }
    }

    @OnError
    public void onError(Session session, Throwable throwable) {
        try {
            session.close();
        } catch (IOException e) {
            logger.error("onError excepiton", e);
        }
        logger.info("Throwable msg " + throwable.getMessage());
    }
}

​​​​​​​上面的示例中，我们使用 @ServerEndpoint("/chat/{username}") 注解监听此地址的 WebSocket 信息，客户端也是通过此地址向服务端接收和发送消息。同时使用@OnOpen注解实现客户端连接事件，@OnMessage注解实现消息发送事件，@OnClose注解实现客户端连接关闭事件，@OnError注解实现消息错误事件。

step3：消息发送

我们先创建一个 WebSocketUtils 工具类，用来存储聊天室在线的用户信息，以及向客户端发送消息的功能。具体代码如下所示：​​​​​​​


public final class WebSocketUtils {
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(WebSocketUtils.class);

    // 存储 websocket session
    public static final Map<String, Session> ONLINE_USER_SESSIONS = new ConcurrentHashMap<>();

    /**
     * @param session 用户 session
     * @param message 发送内容
     */
    public static void sendMessage(Session session, String message) {
        if (session == null) {
            return;
        }
        final RemoteEndpoint.Basic basic = session.getBasicRemote();
        if (basic == null) {
            return;
        }
        try {
            basic.sendText(message);
        } catch (IOException e) {
            logger.error("sendMessage IOException ",e);
        }
    }

    /**
     * 推送消息到其他客户端
     * @param message
     */
    public static void sendMessageAll(String message) {
        ONLINE_USER_SESSIONS.forEach((sessionId, session) -> sendMessage(session, message));
    }
}

step4：开启 WebSocket 功能

修改项目启动类，需要添加 @EnableWebSocket 开启 WebSocket 功能。具体示例代码如下所示：​​​​​​​

@EnableWebSocket
@SpringBootApplication
public class SpringbootWebsocketDemoApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(SpringbootWebsocketDemoApplication.class, args);
    }
}

step5：注入ServerEndpointExporter，之前就因为ServerEndpointExporter类文件放错位置了，导致ServerEndpointExporter没有注入到Spring容器，前端JS进行new WebSocket(url)连接，始终报错连接不上

 后来才知道ServerEndpointExporter类位置放错了，在SpringBoot中使用@ComponentScan()注解进行组件扫描加载类时，默认的扫描范围是启动类([ProjectName]Application)所在包(直接父包)的子包。也即需要被扫描的包下的类要位于启动类所在路径下。

@Configuration
public class WebSocketConfig {

    @Bean
    public ServerEndpointExporter serverEndpointExporter() {
        return new ServerEndpointExporter();
    }

}

以上，我们WebSocket服务端内容就实现完毕了。接下来我们验证整个聊天室功能是否正常？

3.3 验证测试

前面，我们已经把整个WebSocket聊天室的前后台功能介绍完了。接下来我们验证整个聊天室功能是否正常？首先，启动项目，在浏览器中分别输入地址：http://localhost:8080/ 打开三个聊天室页面。如下图所示：

 然后，分别在两个个聊天室页面中，输入两个昵称并加入聊天室，与服务端成功建立WebSocket连接，即可在聊天室发送消息。

风语者！平时喜欢研究各种技术，目前在从事后端开发工作，热爱生活、热爱工作。

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