WebSocket就是这么简单

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

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，

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