使用WebSocket

廖雪峰
资深软件开发工程师，业余马拉松选手。

WebSocket是一种基于HTTP的长链接技术。传统的HTTP协议是一种请求-响应模型，如果浏览器不发送请求，那么服务器无法主动给浏览器推送数据。如果需要定期给浏览器推送数据，例如股票行情，或者不定期给浏览器推送数据，例如在线聊天，基于HTTP协议实现这类需求，只能依靠浏览器的JavaScript定时轮询，效率很低且实时性不高。

因为HTTP本身是基于TCP连接的，所以，WebSocket在HTTP协议的基础上做了一个简单的升级，即建立TCP连接后，浏览器发送请求时，附带几个头：

GET /chat HTTP/1.1
Host: www.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade

就表示客户端希望升级连接，变成长连接的WebSocket，服务器返回升级成功的响应：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade

收到成功响应后表示WebSocket“握手”成功，这样，代表WebSocket的这个TCP连接将不会被服务器关闭，而是一直保持，服务器可随时向浏览器推送消息，浏览器也可随时向服务器推送消息。双方推送的消息既可以是文本消息，也可以是二进制消息，一般来说，绝大部分应用程序会推送基于JSON的文本消息。

现代浏览器都已经支持WebSocket协议，服务器则需要底层框架支持。Java的Servlet规范从3.1开始支持WebSocket，所以，必须选择支持Servlet 3.1或更高规范的Servlet容器，才能支持WebSocket。最新版本的Tomcat、Jetty等开源服务器均支持WebSocket。

我们以实际代码演示如何在Spring MVC中实现对WebSocket的支持。首先，我们需要在pom.xml中加入以下依赖：

• org.apache.tomcat.embed:tomcat-embed-websocket:10.1.1
• org.springframework:spring-websocket:6.0.0

第一项是嵌入式Tomcat支持WebSocket的组件，第二项是Spring封装的支持WebSocket的接口。

接下来，我们需要在AppConfig中加入Spring Web对WebSocket的配置，此处我们需要创建一个WebSocketConfigurer实例：

@Bean
WebSocketConfigurer createWebSocketConfigurer(
        @Autowired ChatHandler chatHandler,
        @Autowired ChatHandshakeInterceptor chatInterceptor)
{
    return new WebSocketConfigurer() {
        public void registerWebSocketHandlers(WebSocketHandlerRegistry registry) {
            // 把URL与指定的WebSocketHandler关联，可关联多个:
            registry.addHandler(chatHandler, "/chat").addInterceptors(chatInterceptor);
        }
    };
}

此实例在内部通过WebSocketHandlerRegistry注册能处理WebSocket的WebSocketHandler，以及可选的WebSocket拦截器HandshakeInterceptor。我们注入的这两个类都是自己编写的业务逻辑，后面我们详细讨论如何编写它们，这里只需关注浏览器连接到WebSocket的URL是/chat。

处理WebSocket连接

和处理普通HTTP请求不同，没法用一个方法处理一个URL。Spring提供了TextWebSocketHandler和BinaryWebSocketHandler分别处理文本消息和二进制消息，这里我们选择文本消息作为聊天室的协议，因此，ChatHandler需要继承自TextWebSocketHandler：

@Component
public class ChatHandler extends TextWebSocketHandler {
    ...
}

当浏览器请求一个WebSocket连接后，如果成功建立连接，Spring会自动调用afterConnectionEstablished()方法，任何原因导致WebSocket连接中断时，Spring会自动调用afterConnectionClosed方法，因此，覆写这两个方法即可处理连接成功和结束后的业务逻辑：

@Component
public class ChatHandler extends TextWebSocketHandler {
    // 保存所有Client的WebSocket会话实例:
    private Map<String, WebSocketSession> clients = new ConcurrentHashMap<>();

    @Override
    public void afterConnectionEstablished(WebSocketSession session) throws Exception {
        // 新会话根据ID放入Map:
        clients.put(session.getId(), session);
        session.getAttributes().put("name", "Guest1");
    }

    @Override
    public void afterConnectionClosed(WebSocketSession session, CloseStatus status) throws Exception {
        clients.remove(session.getId());
    }
}

每个WebSocket会话以WebSocketSession表示，且已分配唯一ID。和WebSocket相关的数据，例如用户名称等，均可放入关联的getAttributes()中。

用实例变量clients持有当前所有的WebSocketSession是为了广播，即向所有用户推送同一消息时，可以这么写：

String json = ...
TextMessage message = new TextMessage(json);
for (String id : clients.keySet()) {
    WebSocketSession session = clients.get(id);
    session.sendMessage(message);
}

我们发送的消息是序列化后的JSON，可以用ChatMessage表示：

public class ChatMessage {
	public long timestamp;
	public String name;
    public String text;
}

每收到一个用户的消息后，我们就需要广播给所有用户：

@Component
public class ChatHandler extends TextWebSocketHandler {
    ...
    @Override
    protected void handleTextMessage(WebSocketSession session, TextMessage message) throws Exception {
        String s = message.getPayload();
        String r = ... // 根据输入消息构造待发送消息
        broadcastMessage(r); // 推送给所有用户
    }
}

如果要推送给指定的几个用户，那就需要在clients中根据条件查找出某些WebSocketSession，然后发送消息。

注意到我们在注册WebSocket时还传入了一个ChatHandshakeInterceptor，这个类实际上可以从HttpSessionHandshakeInterceptor继承，它的主要作用是在WebSocket建立连接后，把HttpSession的一些属性复制到WebSocketSession，例如，用户的登录信息等：

@Component
public class ChatHandshakeInterceptor extends HttpSessionHandshakeInterceptor {
    public ChatHandshakeInterceptor() {
        // 指定从HttpSession复制属性到WebSocketSession:
        super(List.of(UserController.KEY_USER));
    }
}

这样，在ChatHandler中，可以从WebSocketSession.getAttributes()中获取到复制过来的属性。

客户端开发

在完成了服务器端的开发后，我们还需要在页面编写一点JavaScript逻辑：

// 创建WebSocket连接:
var ws = new WebSocket('ws://' + location.host + '/chat');
// 连接成功时:
ws.addEventListener('open', function (event) {
    console.log('websocket connected.');
});
// 收到消息时:
ws.addEventListener('message', function (event) {
    console.log('message: ' + event.data);
    var msgs = JSON.parse(event.data);
    // TODO:
});
// 连接关闭时:
ws.addEventListener('close', function () {
    console.log('websocket closed.');
});
// 绑定到全局变量:
window.chatWs = ws;

用户可以在连接成功后任何时候给服务器发送消息：

var inputText = 'Hello, WebSocket.';
window.chatWs.send(JSON.stringify({text: inputText}));

最后，连调浏览器和服务器端，如果一切无误，可以开多个不同的浏览器测试WebSocket的推送和广播。

和上一节我们介绍的异步处理类似，Servlet的线程模型并不适合大规模的长链接。基于NIO的Netty等框架更适合处理WebSocket长链接，我们将在后面介绍。

练习

使用WebSocket编写一个聊天室。

下载练习

小结

在Servlet中使用WebSocket需要3.1及以上版本；

通过spring-websocket可以简化WebSocket的开发。