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[网络协议]SpringBoot+WebSocket的搭建

一 什么是WebSocket

1.1 首先分清几个概念

  • http协议:**超文本传输协议,属于应用层。它的任务是与服务器交换信息。至于怎么连接到服务器,怎么保证数据正确,http不管。

  • TCP协议:**传输控制协议,属于传输层。任务是保证连接的可靠,包括防止丢失,出错。所以在初次连接的时候进行3次握手,断开连接时进行4次挥手。至于连接上以后具体传送什么数据,tcp不管。
    PS:别的应用层协议也能通过tcp进行,那么这协议在底层也进行三次握手。

1.2 混淆点

WebSocket:基于TCP的,运行在应用层,替代http的一个协议。
网上说的WebSocket只有一次握手,指的是:客户端发送一个http请求到服务器,服务器响应后标志这个连接建立起来。而不是指TCP的三次握手。

1.3 优点

  • 节约宽带。轮询服务端数据的方式,使用的是http协议,head的信息很大,有效数据占比低,而使用WebSocket,头信息很小,有效数据占比高。
  • 无浪费。轮询方法可能轮询10次,才可能碰到服务端数据更新,那么前9次数据都浪费了。而WebSocket是由服务器主动发回,来的都是新数据。
  • 实时性。当服务器完成协议升级后(HTTP->Websocket),服务端可以主动向客户端推送信息,省去了客户端发起请求的步骤,同时没有间隔时间,只要服务端内容有变化,就可以告知客户端。实时性大大提高。

二 Socket和WebSocket的区别

  • 本质上:
    Socket本身不是一个协议,而是一个调用接口(API),它工作在OSI模型中的会话层(第5层),是对TCP/IP协议的封装。websocket运行在应用层,是http升级的一个协议。
  • 连接:
    Socket连接需要一对套接字,一个运行于客户端,另一个运行于服务端。连接分为三个步骤:服务器监听,客户端请求,连接确认。
    websocket在客户端,发送一个http请求到服务器,当服务器响应后,完成协议升级,连接建立。

三 WebSocket服务端搭建

3.1 导入jar包

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

3.2 搭建websocket服务

  • WebSocketConfig
package com.wyq.websocket.config;

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.web.socket.server.standard.ServerEndpointExporter;

/**
 * @ClassName WebSocketConfig
 * @Description: //TODO websocket配置类
 * @Author ssm
 * @Date 2022/9/23 17:39
 */
@Configuration
public class WebSocketConfig {
    /**
     * 这个Bean会自动注册使用@ServerEndpoint注解声明的websocket endpoint
     */
    @Bean
    public ServerEndpointExporter serverEndpointExporter(){
        return new ServerEndpointExporter();
    }
}
  • WebSocketServer
    用于接收客户端的webSocket请求,处理主要逻辑。代码如下:
    @ServerEndpoint注解中写上客户端连接的地址。
package io.freeyou.socket.web.server;

import com.alibaba.fastjson.JSON;
import com.alibaba.fastjson.JSONObject;
import io.freeyou.modules.sdwan.entity.WebsocketVo;
import io.freeyou.modules.sdwan.vo.SysUserVo;
import io.freeyou.modules.sys.service.SysUserTokenService;
import lombok.Getter;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.commons.lang.StringUtils;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.util.CollectionUtils;

import javax.websocket.*;
import javax.websocket.server.PathParam;
import javax.websocket.server.ServerEndpoint;
import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;
import java.util.stream.Collectors;

/**
 * @Description: WebSocket
 * @Author: shishumin
 * @Date: 2022/5/16 5:27 PM
 * @Parameters:
 * @Return
 */
@Component
@ServerEndpoint("/webSocket/{token}")
@Slf4j
@Getter
public class WebSocket {

    /**
     * 指定用户的Session对象
     */
    private static Map<String, CopyOnWriteArraySet<WebSocket>> userSocketMap = new ConcurrentHashMap<>();

    private String userId;
    /**
     * 与某个客户端的连接会话,需要通过它来给客户端发送数据
     */
    private Session session;
    /**
     * 注入静态变量,根据token获取用户信息
     */
    public static SysUserTokenService sysUserTokenService;

    @OnOpen
    public void onOpen(Session session, @PathParam(value = "token") String token) {
        SysUserVo tokenEntity = sysUserTokenService.selectByToken(token);
        if (tokenEntity == null) {
            return;
        }
        this.userId = tokenEntity.getUserId();
        // 设置发送时连接突然断开后的超时时间,默认是20s
        session.getUserProperties().put( "org.apache.tomcat.websocket.BLOCKING_SEND_TIMEOUT", 1000L);
        this.session = session;
        if (!exitUser(userId)) {
            initUserInfo(userId);
        } else {
            CopyOnWriteArraySet<WebSocket> webSocketTestSet = getUserSocketSet(userId);
            webSocketTestSet.add(this);
        }
    }

    @OnClose
    public void onClose(Session session) {
        // log.debug("close session id:{},isOpen:{}",userId+":"+session.getId(),session.isOpen());
        if (StringUtils.isBlank(userId)) {
            return;
        }
        CopyOnWriteArraySet<WebSocket> webSocketTestSet = userSocketMap.get(userId);
        if (CollectionUtils.isEmpty(webSocketTestSet)) {
            return;
        }
        webSocketTestSet.remove(this);
        // log.debug("remove session id:{},deleteFlag:{}",userId+":"+session.getId(),webSocketTestSet.contains(this));
    }

    @OnMessage
    public void onMessage(String message,Session session) {
        if(StringUtils.isNotBlank(message) && "ping".equals(message)){
            try {
                JSONObject jsonObject = new JSONObject();
                jsonObject.put("data", "pong");
                WebsocketVo websocketVo = new WebsocketVo();
                websocketVo.setData(JSON.toJSONString(jsonObject));
                session.getBasicRemote().sendText(JSON.toJSONString(websocketVo));
            } catch (IOException e) {
                log.warn("【WebSocket推送】下发响应心跳包出错", e);
            }
        }
    }

    /**
     * 用户报错
     */
    @OnError
    public void onError(Session session, Throwable error){
        // TODO: 2022/7/19 主动断开
        try {
            session.close();
        } catch (IOException e) {
            log.debug("session close error,sessionId:{},error:{}",userId+":"+session.getId(),e);
        }
    }

    /**
      * @Description
      * @author shishumin
      * @date 2022/5/6 14:26
      */
    public void sendMessage(String message) {
        Set<String> userList = userSocketMap.keySet();
        if (CollectionUtils.isEmpty(userList)) {
            return;
        }

        for (String userId : userList) {
            sendMessage(userId, message);
        }
    }

    /**
     * @Description: 发送消息
     * @Author: shishumin
     * @Date: 2022/5/16 5:45 PM
     * @Parameters: [item, message]
     * @Return void
     */
    private void sendMessage(String userId, String message) {
        CopyOnWriteArraySet<WebSocket> webSocket = userSocketMap.get(userId);
        if (CollectionUtils.isEmpty(webSocket)) {
            return;
        }

        for (WebSocket item : webSocket) {
            if (item.getSession() == null || !item.getSession().isOpen()) {
                continue;
            }

            /**
             * 使用WebSocket做通知服务,但是批量推送或数据量大多线程并发下的时候会报错:java.lang.IllegalStateException。
             * The remote endpoint was in state [TEXT_FULL_WRITING] which is an invalid state for called method、
             * 解决方案: 增加synchronized, 改为同步发送
              */
            synchronized (item.getSession()) {
                if (item.getSession().isOpen()) {
                    try {
                        item.getSession().getBasicRemote().sendText(message);
                    } catch (Exception e) {
                        webSocket.remove(item);
                    }
                }
            }
        }

    }

    /**
        * @Description
        * @author shishumin
        * @date 2022/5/12 14:26
        */
    public synchronized void sendMessageByUserId(List<String> userIds, String message) {
        // 根据登录的用户发送:大屏告警
        List<String> userList = userIds.stream().filter(userSocketMap.keySet()::contains).collect(Collectors.toList());
        if(CollectionUtils.isEmpty(userList)){
            return;
        }

        for (String userId : userList) {
            sendMessage(userId, message);
        }
    }

    public boolean exitUser(String userId) {
        return userSocketMap.containsKey(userId);
    }

    public CopyOnWriteArraySet<WebSocket> getUserSocketSet(String userId) {
        return userSocketMap.get(userId);
    }

    private void initUserInfo(String userId) {
        CopyOnWriteArraySet<WebSocket> webSocketTestSet = new CopyOnWriteArraySet<>();
        webSocketTestSet.add(this);
        userSocketMap.put(userId, webSocketTestSet);
    }

}


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