补习系列(20)-大话 WebSocket 与 "尬聊"的实现

[TOC]

一、聊聊 WebSocket

从HTML5技术流行至今，WebSocket已经有非常广泛的应用：

• 在线游戏，提供实时的操作交互体验
• 社交平台，与好友实时的私信对话
• 新闻动态，获得感兴趣的主题信息推送

...

这些场景，都需要服务器能主动实时的给浏览器或客户端推送消息，注意关键词是主动，还有实时！
而在HTML5一统江湖之前，由于HTTP在推送场景下的"薄弱"，我们需要借助一些复杂或者非标准的手段来实现。

这些方式包括有：

• Ajax轮询，比如每隔5秒钟，由浏览器对服务器主动请求数据后返回。

在这种方案下，浏览器需要不断的向服务器发出请求，问题是比较明显的，包括：

1. HTTP请求头部会浪费一些带宽；
2. 频繁重建连接会造成很大的开销。

• Comet，这个词好像翻译为"彗星"？ 这个是采用 streaming 或 long-pulling 的长连接技术：
  服务器在收到请求时先挂起，等待有事件发生时才返回数据。

Comet 效率提升了不少，它解决了Ajax轮询的部分问题，利用HTTP长连接的特性尽可能的避免了连接、带宽资源的浪费等等，于是在很长一段时间 Comet 成为了Web推送技术的主流。
But ，.. Comet 的实现技术比较复杂，不同框架下的实现方式差异很大，在灵活性、性能上也有些欠缺。
关于服务端Comet的技术可以参考下面这篇经典文章：
https://www.ibm.com/developerworks/cn/web/wa-lo-comet/

• Flash，通过Flash 插件代码实现Socket通讯，本质上是基于TCP的通讯模式，由于Flash 需要安装插件以及浏览器的兼容性问题，目前已经逐渐废弃。

WebSocket 出场

WebSocket 出现的目的没有别的，就是干掉前面的东西，Both!
最开始WebSocket 协议由 RFC6455 定义，其API标准包含于HTML5 范畴之中。
目前各大主流浏览器已经能完全支持该技术。然后可以看看下面这个图：

如上图，WebSocket 协议中， 浏览器和服务器只需要完成一次握手，两者之间就直接可以创建持久性的连接，并进行双向数据传输。
那么相比以往的方式，这种方案更加节省资源了，它的实时性、灵活性都要强大不少。
当然，有HTML5标准给它站台，后台杠杠的~

那么一个 WebSocket 的请求响应长成怎么样呢？
看下面这个图：

二、Stomp 是个什么鬼

一开始我一直认为 Stomp是暴风雨(误看为 Storm)，然后觉得说这个技术挺犀利的。
然后在看了 Stomp 的协议介绍后发现，它是如此的简单..
Stomp 的 全称叫 Simple Text Orientated Messaging Protocol，就是一个简单的文本定向消息协议，
除了设计为简单易用之外，它的支持者也非常多。就比如目前主流的消息队列服务器如RabbitMQ、ActiveMQ都支持Stomp 协议。

开源地址：
http://stomp.github.io/

Stomp 定义了一些简单的指令，如下：

一个简单的STOMP消息大致如下：

CONNECT
accept-version:1.1,1.0
heart-beat:10000,10000\n\n\u0000


SEND
destination:/app/message\ncontent-length:6

发送内容\u0000

好的，你现在应该了解 Stomp是个什么了，那么为什么要介绍这个？

WebSocket 为我们提供了Web 双向通信的通道，但对于消息的交互协议还需要我们来自己实现(WebSocket 果然不够意思)
借助Stomp 协议，可以很方便的实现一种"订阅-发布"的通用机制，这个就是非常具有竞争力的一个特性了。

三、SpringBoot 整合 WebSocket

在介绍完WebSocket 之后，接下来干什么呢？
可能你看完前面的东西会觉得 WebSocket 是如此之强大，以至于很多场景都应该使用这个技术来实现。
那么如何做？ 在此前我所介绍的 SpringBoot 也是如此之强大，那么能不能通过SpringBoot 轻松整合WebSocket 呢？这当然可以！

思索了很久，我决定做一个最简单的应用展示： 尬聊！

为什么是"尬聊”，而不是聊天室...

那么，下面开始讲这个案例，在该样例中会包含一个Controller类、一个HTML页面以及一个JS脚本。
步骤如下：

A. 引入依赖

       <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-thymeleaf</artifactId>
            <version>${springboot.version}</version>
            <exclusions>
                <exclusion>
                    <groupId>org.slf4j</groupId>
                    <artifactId>slf4j-api</artifactId>
                </exclusion>
            </exclusions>
        </dependency>

        <!--websocket-->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-websocket</artifactId>
            <version>${springboot.version}</version>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-devtools</artifactId>
            <version>${springboot.version}</version>
            <optional>true</optional>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.webjars</groupId>
            <artifactId>webjars-locator-core</artifactId>
            <version>0.32</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.webjars</groupId>
            <artifactId>sockjs-client</artifactId>
            <version>1.0.2</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.webjars</groupId>
            <artifactId>stomp-websocket</artifactId>
            <version>2.3.3</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.webjars</groupId>
            <artifactId>jquery</artifactId>
            <version>2.1.4</version>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.foo.springboot</groupId>
            <artifactId>base</artifactId>
            <version>1.0-SNAPSHOT</version>
        </dependency>

        <!-- jackson version -->
        <dependency>
            <groupId>com.fasterxml.jackson.core</groupId>
            <artifactId>jackson-databind</artifactId>
            <version>2.8.3</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.fasterxml.jackson.core</groupId>
            <artifactId>jackson-core</artifactId>
            <version>2.8.3</version>
        </dependency>
           

添加spring-boot-starter-websocket 会自动引入spring-websocket的依赖，而后者就实现了WebSocket 操作的高级封装。
还有一个好消息，就是spring-websocket 也默认支持了 Stomp协议(看吧，Stomp支持者太多了)。
而除此之外，还内置了一个叫 SocketJS 的东西。

SocketJS是一个流行的JS库，主要是在WebSocket之上封装了一层API，用于支持浏览器不兼容WebSocket的情况。
其项目地址：
https://github.com/sockjs/sockjs-client

其他组件的说明

• webjars 主要是将一些前端的框架打包到Jar包中以方便我们使用，这里我们添加了socketJS、stompWebSocket相关的一些包；
• jackson 用于支持WebSocket消息的编解码，是必须添加的。

B. WebSocket 配置

参考下面的代码，添加一个JavaConfig风格的配置类：

WebSocketConfig.java

@Configuration
@EnableWebSocketMessageBroker
public class WebSocketConfig extends AbstractWebSocketMessageBrokerConfigurer {

    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(WebSocketConfig.class);

    @Override
    public void configureMessageBroker(MessageBrokerRegistry config) {

        //设置订阅通道(客户端可订阅)
        config.enableSimpleBroker("/topic");

        //接收APP(客户端)消息的路由前缀，可通过@MessageMapping 映射到方法
        config.setApplicationDestinationPrefixes("/app");
    }

    @Override
    public void registerStompEndpoints(StompEndpointRegistry registry) {

        //websocket 连接端点
        registry.addEndpoint("/backend").withSockJS();
    }

    @Override
    public void configureWebSocketTransport(final WebSocketTransportRegistration registration) {

        //配置拦截器
        registration.addDecoratorFactory(new WebSocketHandlerDecoratorFactory() {
            @Override
            public WebSocketHandler decorate(final WebSocketHandler handler) {
                return new WebSocketHandlerDecorator(handler) {
                    @Override
                    public void afterConnectionEstablished(final WebSocketSession session) throws Exception {
                        String username = session.getPrincipal() != null? session.getPrincipal().getName(): "GUEST";
                        logger.info("{} connect.", username);
                        super.afterConnectionEstablished(session);
                    }

                    @Override
                    public void afterConnectionClosed(WebSocketSession session, CloseStatus closeStatus) throws Exception {
                        String username = session.getPrincipal() != null? session.getPrincipal().getName(): "GUEST";
                        logger.info("{} disconnect.", username);
                        super.afterConnectionClosed(session, closeStatus);
                    }
                };
            }
        });
        super.configureWebSocketTransport(registration);
    }
}

在WebSocketConfig的配置中，有两点需要关注：

• registerStompEndpoints 用于添加端点，即浏览器通过 ws://xxx 能访问到的路径
• configureMessageBroker 用于做消息路由配置，包括订阅主题、方法映射路径

C. 控制器

控制层除了支持页面的渲染，还需要对WebSocket消息进行处理，实现如下：

ConsoleController

@Controller
public class ConsoleController {

    //输出数据频道
    public static final String CHANNEL_CONSOLE = "/topic/console";


    @Autowired
    private SimpMessagingTemplate template;

    /**
     * 控制台页面
     *
     * @return
     */
    @GetMapping("/console")
    public String console() {
        return "console";
    }

    /**
     * 接收WebSocket消息方法
     * @param message
     */
    @MessageMapping("/message")
    public void onMessage(String message) {
        template.convertAndSend(CHANNEL_CONSOLE, "我收到了你的消息：" + message);
    }
}

D. 前端实现

先做一个HTML页面，编辑templates/console.html

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <meta charset="UTF-8"></meta>
    <title>Web控制台</title>
    <script th:src="@{/webjars/sockjs-client/sockjs.min.js}"></script>
    <script th:src="@{/webjars/stomp-websocket/stomp.min.js}"></script>
    <script th:src="@{/webjars/jquery/jquery.min.js}"></script>
    <script type="text/javascript" th:src="@{/static/console.js}"></script>

    <style type="text/css">
        body { font-family: "Microsoft YaHei" ;}
        .span-tv{padding-right:12px}
        #console p {padding: 0px; margin: 0px;}
    </style>

</head>
<body>

<div style="background-color:#AAA; padding: 5px; border-bottom: 1px solid #333">
    <input type="text" id="word" style="width:100px"></input>
    <button onclick="sendMessage()">发送消息</button>
    <button onclick="reconnect()">重新连接</button>
    <button onclick="clearConsole()">清空内容</button>
</div>

<div id="console" style="padding:5px; font-size:10px"></div>
</body>
</html>

然后是实现 JS 脚本，编辑public/static/console.js

$(document).ready(function(){
   //首次打开页面自动连接
   connect();
})

//执行连接
function connect() {

    //接入端点/backend
    var socket = new SockJS('/backend');
    window.stompClient = Stomp.over(socket);
    window.stompClient.connect({}, function (frame) {
        log('Connected: ' + frame);

        //订阅服务端输出的 Topic
        stompClient.subscribe('/topic/console', function (message) {
            log("[服务器说]：" + message.body);
        });
    });

}

//断开连接
function disconnect() {
    if (stompClient !== null) {
        stompClient.disconnect();
    }
    log("Disconnected");
}

//重新连接
function reconnect(){
  clearConsole();
  disconnect();
  connect();
}

//发送消息
function sendMessage(){
    var content = $("#word").val();
    if(!content){
        alert("请输入消息!")
        return;
    }
    //向应用Topic发送消息
    stompClient.send("/app/message", {}, content);
    log("[你说]：" + content);
}

//记录控制台消息
function log(message){
    $("<p></p>").text(message).appendTo($("#console"));
}

//清空控制台
function clearConsole(){
    $("#console").empty();
}

这样，Web控制台已经制作好了，运行主程序后，打开地址
http://localhost:8080/console
进行体验，如下：

好了，这个案例的确很尴尬..
但是我认为，在这上面做一做改造，应该可以实现一个诸如"美女聊天室" 的功能的，或者，你可以动手试试。

码云同步代码

四、参考文档

https://spring.io/guides/gs/messaging-stomp-websocket/
https://blog.coding.net/blog/spring-static-resource-process
https://zh.wikipedia.org/wiki/WebSocket
https://halfrost.com/websocket/

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