WebSocket和Springboot整合

目录：

1. WebSocket简介
2. WebSocket和Http的区别
3. Springboot整合WebSocket
4. WebSocket在Spring中的多例模式
5. 一些部署问题

参考/来源：

• https://www.ruanyifeng.com/blog/2017/05/websocket.html
• https://blog.csdn.net/sinat_14982831/article/details/77983639
• https://blog.csdn.net/moshowgame/article/details/80275084

WebSocket简介

产生的原因

初次接触 WebSocket 的人，都会问同样的问题：我们已经有了 HTTP 协议，为什么还需要另一个协议？它能带来什么好处？

答案很简单，因为 HTTP 协议有一个缺陷：通信只能由客户端发起。

举例来说，我们想了解今天的天气，只能是客户端向服务器发出请求，服务器返回查询结果。HTTP 协议做不到服务器主动向客户端推送信息。

这种单向请求的特点，注定了如果服务器有连续的状态变化，客户端要获知就非常麻烦。我们只能使用“轮询”：每隔一段时候，就发出一个询问，了解服务器有没有新的信息。最典型的场景就是聊天室。

轮询的效率低，非常浪费资源（因为必须不停连接，或者 HTTP 连接始终打开）。因此，工程师们一直在思考，有没有更好的方法。WebSocket 就是这样发明的。

概念

WebSocket 协议在2008年诞生，2011年成为国际标准。所有浏览器都已经支持了，是HTML5的一个新特性。

它的最大特点就是，服务器可以主动向客户端推送信息，客户端也可以主动向服务器发送信息，是真正的双向平等对话，属于服务器推送技术的一种。

其他特点包括：

（1）建立在 TCP 协议之上，服务器端的实现比较容易。

（2）与 HTTP 协议有着良好的兼容性。默认端口也是80和443，并且握手阶段采用 HTTP 协议，因此握手时不容易屏蔽，能通过各种 HTTP 代理服务器。

（3）数据格式比较轻量，性能开销小，通信高效。

（4）可以发送文本，也可以发送二进制数据。

（5）没有同源限制，客户端可以与任意服务器通信。

（6）协议标识符是ws（如果加密，则为wss），服务器网址就是 URL。

ws://example.com:80/some/path

WebSocket和Http的对比

相同点

• 都是基于TCP的应用层协议。
• 都使用Request/Response模型进行连接的建立。
• 在连接的建立过程中对错误的处理方式相同，在这个阶段WS可能返回和HTTP相同的返回码。
• 都可以在网络中传输数据。

不同点

• WS使用HTTP来建立连接，但是定义了一系列新的header域，这些域在HTTP中并不会使用。
• WS的连接不能通过中间人来转发，它必须是一个直接连接。
• WS连接建立之后，通信双方都可以在任何时刻向另一方发送数据。
• WS连接建立之后，数据的传输使用帧来传递，不再需要Request消息。
• WS的数据帧有序。

Springboot整合WebSocket

依赖

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

配置类

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

/**
 * 开启WebSocket支持
 * @author zhengkai.blog.csdn.net
 */

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

}

WebSocketServer实现

因为WebSocket是类似客户端服务端的形式(采用ws协议)，那么这里的WebSocketServer其实就相当于一个ws协议的Controller

直接@ServerEndpoint(“/imserver/{userId}”) 、@Component启用即可，然后在里面实现@OnOpen开启连接，@onClose关闭连接，@onMessage接收消息等方法。

新建一个ConcurrentHashMap webSocketMap 用于接收当前userId的WebSocket，方便IM之间对userId进行推送消息。单机版实现到这里就可以。

集群版（多个ws节点）还需要借助mysql或者redis等进行处理，改造对应的sendMessage方法即可。

package com.softdev.system.demo.config;

import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import javax.websocket.OnClose;
import javax.websocket.OnError;
import javax.websocket.OnMessage;
import javax.websocket.OnOpen;
import javax.websocket.Session;
import javax.websocket.server.PathParam;
import javax.websocket.server.ServerEndpoint;
import com.alibaba.fastjson.JSON;
import com.alibaba.fastjson.JSONObject;
import org.apache.commons.lang.StringUtils;
import org.springframework.stereotype.Component;
import cn.hutool.log.Log;
import cn.hutool.log.LogFactory;


/**
 * @author zhengkai.blog.csdn.net
 */
@ServerEndpoint("/imserver/{userId}")
@Component
public class WebSocketServer {

    static Log log=LogFactory.get(WebSocketServer.class);
    /**静态变量，用来记录当前在线连接数。应该把它设计成线程安全的。*/
    private static int onlineCount = 0;
    /**concurrent包的线程安全Set，用来存放每个客户端对应的MyWebSocket对象。*/
    private static ConcurrentHashMap<String,WebSocketServer> webSocketMap = new ConcurrentHashMap<>();
    /**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;
    /**接收userId*/
    private String userId="";

    /**
     * 连接建立成功调用的方法*/
    @OnOpen
    public void onOpen(Session session,@PathParam("userId") String userId) {
        this.session = session;
        this.userId=userId;
        if(webSocketMap.containsKey(userId)){
            webSocketMap.remove(userId);
            webSocketMap.put(userId,this);
            //加入set中
        }else{
            webSocketMap.put(userId,this);
            //加入set中
            addOnlineCount();
            //在线数加1
        }

        log.info("用户连接:"+userId+",当前在线人数为:" + getOnlineCount());

        try {
            sendMessage("连接成功");
        } catch (IOException e) {
            log.error("用户:"+userId+",网络异常!!!!!!");
        }
    }

    /**
     * 连接关闭调用的方法
     */
    @OnClose
    public void onClose() {
        if(webSocketMap.containsKey(userId)){
            webSocketMap.remove(userId);
            //从set中删除
            subOnlineCount();
        }
        log.info("用户退出:"+userId+",当前在线人数为:" + getOnlineCount());
    }

    /**
     * 收到客户端消息后调用的方法
     *
     * @param message 客户端发送过来的消息*/
    @OnMessage
    public void onMessage(String message, Session session) {
        log.info("用户消息:"+userId+",报文:"+message);
        //可以群发消息
        //消息保存到数据库、redis
        if(StringUtils.isNotBlank(message)){
            try {
                //解析发送的报文
                JSONObject jsonObject = JSON.parseObject(message);
                //追加发送人(防止串改)
                jsonObject.put("fromUserId",this.userId);
                String toUserId=jsonObject.getString("toUserId");
                //传送给对应toUserId用户的websocket
                if(StringUtils.isNotBlank(toUserId)&&webSocketMap.containsKey(toUserId)){
                    webSocketMap.get(toUserId).sendMessage(jsonObject.toJSONString());
                }else{
                    log.error("请求的userId:"+toUserId+"不在该服务器上");
                    //否则不在这个服务器上，发送到mysql或者redis
                }
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    /**
     *
     * @param session
     * @param error
     */
    @OnError
    public void onError(Session session, Throwable error) {
        log.error("用户错误:"+this.userId+",原因:"+error.getMessage());
        error.printStackTrace();
    }
    /**
     * 实现服务器主动推送
     */
    public void sendMessage(String message) throws IOException {
        this.session.getBasicRemote().sendText(message);
    }


    /**
     * 发送自定义消息
     * */
    public static void sendInfo(String message,@PathParam("userId") String userId) throws IOException {
        log.info("发送消息到:"+userId+"，报文:"+message);
        if(StringUtils.isNotBlank(userId)&&webSocketMap.containsKey(userId)){
            webSocketMap.get(userId).sendMessage(message);
        }else{
            log.error("用户"+userId+",不在线！");
        }
    }

    public static synchronized int getOnlineCount() {
        return onlineCount;
    }

    public static synchronized void addOnlineCount() {
        WebSocketServer.onlineCount++;
    }

    public static synchronized void subOnlineCount() {
        WebSocketServer.onlineCount--;
    }
}

服务端消息推送

import com.softdev.system.demo.config.WebSocketServer;
import org.springframework.http.ResponseEntity;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.PathVariable;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import org.springframework.web.servlet.ModelAndView;
import java.io.IOException;

/**
 * WebSocketController
 * @author zhengkai.blog.csdn.net
 */
@RestController
public class DemoController {

    @GetMapping("index")
    public ResponseEntity<String> index(){
        return ResponseEntity.ok("请求成功");
    }

    @GetMapping("page")
    public ModelAndView page(){
        return new ModelAndView("websocket");
    }

    @RequestMapping("/push/{toUserId}")
    public ResponseEntity<String> pushToWeb(String message, @PathVariable String toUserId) throws IOException {
        WebSocketServer.sendInfo(message,toUserId);
        return ResponseEntity.ok("MSG SEND SUCCESS");
    }
}

客户端

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <meta charset="utf-8">
    <title>websocket通讯</title>
</head>
<script src="https://cdn.bootcss.com/jquery/3.3.1/jquery.js"></script>
<script>
    var socket;
    function openSocket() {
        if(typeof(WebSocket) == "undefined") {
            console.log("您的浏览器不支持WebSocket");
        }else{
            console.log("您的浏览器支持WebSocket");
            //实现化WebSocket对象，指定要连接的服务器地址与端口  建立连接
            //等同于socket = new WebSocket("ws://localhost:8888/xxxx/im/25");
            //var socketUrl="${request.contextPath}/im/"+$("#userId").val();
            var socketUrl="http://localhost:9999/demo/imserver/"+$("#userId").val();
            socketUrl=socketUrl.replace("https","ws").replace("http","ws");
            console.log(socketUrl);
            if(socket!=null){
                socket.close();
                socket=null;
            }
            socket = new WebSocket(socketUrl);
            //打开事件
            socket.onopen = function() {
                console.log("websocket已打开");
                //socket.send("这是来自客户端的消息" + location.href + new Date());
            };
            //获得消息事件
            socket.onmessage = function(msg) {
                console.log(msg.data);
                //发现消息进入    开始处理前端触发逻辑
            };
            //关闭事件
            socket.onclose = function() {
                console.log("websocket已关闭");
            };
            //发生了错误事件
            socket.onerror = function() {
                console.log("websocket发生了错误");
            }
        }
    }
    function sendMessage() {
        if(typeof(WebSocket) == "undefined") {
            console.log("您的浏览器不支持WebSocket");
        }else {
            console.log("您的浏览器支持WebSocket");
            console.log('{"toUserId":"'+$("#toUserId").val()+'","contentText":"'+$("#contentText").val()+'"}');
            socket.send('{"toUserId":"'+$("#toUserId").val()+'","contentText":"'+$("#contentText").val()+'"}');
        }
    }
</script>
<body>
<p>【userId】：<div><input id="userId" name="userId" type="text" value="10"></div>
<p>【toUserId】：<div><input id="toUserId" name="toUserId" type="text" value="20"></div>
<p>【toUserId】：<div><input id="contentText" name="contentText" type="text" value="hello websocket"></div>
<p>【操作】：<div><a onclick="openSocket()">开启socket</a></div>
<p>【操作】：<div><a onclick="sendMessage()">发送消息</a></div>
</body>

</html>

WebSocket在Spring中的多例模式

单例与多例冲突

如果在WebSocket的回调方法中调用Spring的其他Bean，比如调用Dao层：

MapMapper mapMapper = ApplicationContextRegister.getApplicationContext().getBean(MapMapper.class);
mapMapper.updateAllBranchVisible();

正常我们开发SpringBoot，都是借助Spring容器的IOC的特性，将Service、Dao等直接依赖注入，类似于下面。

@Autowired
private MapMapper mapMapper;

但是这么写会报错，在执行 mapMapper.updateAllBranchVisible(); 方法时报空指针，即MapMapper的Bean没有注入进来。

所以可以通过Spring容器上下文，用工厂类的方式创建MapMapper的Bean。

@Component
public class ApplicationContextRegister implements ApplicationContextAware {
    private static ApplicationContext applicationContext;

    @Override
    public void  setApplicationContext(ApplicationContext curApplicationContext) {
        applicationContext = curApplicationContext;
    }

    public static ApplicationContext getApplicationContext() {
        return applicationContext;
    }

}

原理

要弄懂原因，首先要了解Spring注入Bean的方式：

有些人可能不知道，Spring默认实例化的Bean是单例模式，这就意味着在Spring容器加载时，就注入了MapMapper的实例，不管再调用多少次接口，加载的都是这个Bean同一个实例。

而WebSocket是多例模式，websocket每有一个连接就会创建一个对象。

在项目启动时第一次初始化实例时，MapMapper的实例的确可以加载成功，但可惜这时WebSocket是无用户连接的。当有第一个用户连接时，WebSocket类会创建第二个实例，但由于Spring的Dao层是单例模式，所以这时MapMapper对应的实例为空。后续每连接一个新的用户，都会再创建新的WebSocket实例，当然MapMapper的实例都为空。

一些部署问题

ServerEndpointExporter错误

org.springframework.beans.factory.BeanCreationException: Error creating bean with name ‘serverEndpointExporter’ defined in class path resource [com/xxx/WebSocketConfig.class]: Invocation of init method failed; nested exception is java.lang.IllegalStateException: javax.websocket.server.ServerContainer not available

如果tomcat部署一直报这个错，请移除 WebSocketConfig 中@Bean ServerEndpointExporter 的注入 。

ServerEndpointExporter 是由Spring官方提供的标准实现，用于扫描ServerEndpointConfig配置类和@ServerEndpoint注解实例。使用规则也很简单：

如果使用默认的嵌入式容器 比如Tomcat 则必须手工在上下文提供ServerEndpointExporter。
如果使用外部容器部署war包，则不需要提供提供ServerEndpointExporter，因为此时SpringBoot默认将扫描服务端的行为交给外部容器处理，所以线上部署的时候要把WebSocketConfig中这段注入bean的代码注掉。