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Kevin Zhang
2024-10-30
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使用WebSocket

# 14.5 WebSocket

在某些内部管理系统中，有些服务端消息需要及时通知到当前用户，比如审批工作流中的审批任务，或某种公告要通知到一批人（某些角色/岗位的用户），又或是系统内置的聊天系统。在这些场景下，可以使用 WebSocket 技术。

# 14.5.1 介绍

以前，很多网站为了实现推送技术，所用的技术都是 Ajax 轮询。轮询是在特定的的时间间隔（如每 1 秒），由浏览器对服务器发出 HTTP 请求，然后由服务器返回最新的数据给客户端的浏览器。这种传统的模式带来很明显的缺点，即浏览器需要不断的向服务器发出请求，然而 HTTP 请求可能包含较长的头部，其中真正有效的数据可能只是很小的一部分，显然这样会浪费很多的带宽等资源。

WebSocket 是 HTML5 开始提供的一种在单个 TCP 连接上进行全双工通讯的协议。

WebSocket 使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单，允许服务端主动向客户端推送数据。在 WebSocket API 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。

HTML5 定义的 WebSocket 协议，能更好的节省服务器资源和带宽，并且能够更实时地进行通讯。

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浏览器通过 JavaScript 向服务器发出建立 WebSocket 连接的请求，连接建立以后，客户端和服务器端就可以通过 TCP 连接直接交换数据。

当你获取 Web Socket 连接后，你可以通过 send() 方法来向服务器发送数据，并通过 onmessage 事件来接收服务器返回的数据。

你可以用var Socket = new WebSocket(url, [protocol] );创建 WebSocket 对象，第一个参数 url, 指定连接的 URL，第二个参数 protocol 是可选的，指定可接受的子协议。。

WebSocket 与 Socket 的区别：

软件通信有七层结构，下三层结构偏向与数据通信，上三层更偏向于数据处理，中间的传输层则是连接上三层与下三层之间的桥梁，每一层都做不同的工作，上层协议依赖与下层协议。

基于这个通信结构的概念。Socket 其实并不是一个协议，是应用层与 TCP/IP 协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。当两台主机通信时，让 Socket 去组织数据，以符合指定的协议。TCP 连接则更依靠于底层的 IP 协议，IP 协议的连接则依赖于链路层等更低层次。

WebSocket 则是一个典型的应用层协议。

总的来说：Socket 是传输控制层协议，WebSocket 是应用层协议。

WebSocket 具有如下特点：

  1. WebSocket 使用时需要先创建连接，这使得 WebSocket 成为一种有状态的协议，在之后的通行过程中可以省略部分状态信息（例如身份认证等）；

  2. WebSocket 连接在端口 80（ws）或者 443（wss）上连接，与 HTTP 使用的端口相同，这样基本所有的防火墙都不会阻止 WebSocket 的连接；

  3. WebSocket 使用 HTTP 协议进行握手，因此可以直接集成到网络浏览器和 HTTP 服务器中，不需要额外的成本；

  4. 心跳消息（ping 和 pong）将被反复推送，保持 WebSocket 一致处于活跃状态；

  5. 使用该协议，当消息启动或者到达时，服务端和客户端都可以知道；

  6. Websocket 连接关闭时将发送一个特殊的关闭消息；

  7. WebSocket 支持跨域，可以避免 Ajax 的限制；

  8. HTTP 规范要求浏览器将并发连接限制为每个主机名两个连接，但是当我们使用 WebSocket 的时候，当握手完成后，该限制就不存在了，因为此时的连接已经不再是 HTTP 连接了；

  9. WebSocket 协议支持扩展，用户可以扩展协议，实现部分自定义的子协议；

  10. 更好的二进制支持以及更好的压缩效果。

# 14.5.2 集成

Spring Boot 一如既往地提供了 WebSocket 的启动器依赖来支持方便地集成。

我们通过聊天室及点对点聊天来示例如何使用 WebSocket 技术。

创建一个 Spring Boot 应用。

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添加 WebSocket 等必要的启动器依赖。项目中添加 Spring Security 是为了方便地使用不同的用户，以演示用户之间的聊天功能。

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项目 pom 文件中添加了一些前端依赖库方便前端页面引用，依赖配置信息如下。

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-security</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-websocket</artifactId>
</dependency>
<!-- 前端依赖库 -->
<dependency>
    <groupId>org.webjars</groupId>
    <artifactId>webjars-locator-core</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.webjars</groupId>
    <artifactId>sockjs-client</artifactId>
    <version>1.1.2</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>3.3.1</version>
</dependency>
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例如上面的 stomp-websocket 依赖，打开 stomp-websocket-2.3.3.jar 可以看到其内部包含了 stomp.min.js 文件，可以在页面上引用，而不用再单独提供，这样方便统一依赖版本管理。

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# 14.5.2.1 聊天室

首先创建 WebSocketConfig 配置类，配置

@Configuration
@EnableWebSocketMessageBroker
public class WebSocketConfig implements WebSocketMessageBrokerConfigurer {
	@Override
	public void configureMessageBroker(MessageBrokerRegistry registry) {
		registry.enableSimpleBroker("/topic");
		registry.setApplicationDestinationPrefixes("/app");
	}

	@Override
	public void registerStompEndpoints(StompEndpointRegistry registry) {
		registry.addEndpoint("/chat").withSockJS();
	}

}
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  • 自定义 WebSocketConfig 继承自 WebSocketMessageBrokerConfigurer 进行 WebSocket 配置，然后通过 @EnableWebSocketMessageBroker 注解开启了 WebSocket 消息代理；

  • registry.enableSimpleBroker("/topic") 表示设置消息代理的前缀，即如果消息的前缀是”/topic”，就会将消息转发给代理（broker），再由消息代理将消息广播给当前连接的客户端（通俗的讲就后台向前台发送消息的地址要加上/topic前缀）；

  • registry.setApplicationDestinationPrefixes("/app") 表示配置一个或多个前缀，通过这些前缀过滤出需要被注解方法处理的消息（通俗的讲就前台向后台发送消息的地址要加上 /app 前缀）；

  • registry.addEndpoint("/chat").withSockJS() 表示定义一个前缀为”/chat”的 endPoint，并开启 sockjs 支持，sockjs 可以解决浏览器对 WebSocket 的兼容性问题，客户端将通过这里配置的 URL 来建立 WebSocket 连接（确切的说就是通过 /chat 连接后台）。

创建消息类 Message，添加需要的属性。

public class Message {
	private String name;
	private String content;
    private String time;
...
}
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定义一个 Controller 来处理消息。

@Controller
public class GreetingController {
	
	@MessageMapping("/hello")
	@SendTo("/topic/greetings")
	public Message greeting(Message message) throws Exception {
		Calendar calendar = Calendar.getInstance();
		DateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");
		Date date = calendar.getTime();
		
		message.setTime(df.format(date));//添加发送时间
		
		return message;
	}

}
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根据前面配置类中的配置，上面 Controller 中 @MessageMapping("/hello") 注解的方法用来接收“/app/hello”路径发送过来的消息，在对消息进行处理后，再将消息转发到 @SendTo("/topic/greetings") 定义的路径上，这个路径上有“/topic”前缀，所以由消息代理进行广播。

构建聊天室页面 app.html，存放到到项目的 resources/static 路径下。

<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>群聊</title>
<script src="/webjars/jquery/jquery.min.js"></script>
<script src="/webjars/sockjs-client/sockjs.min.js"></script>
<script src="/webjars/stomp-websocket/stomp.min.js"></script>
<script src="/app.js"></script>
</head>
<body>
	<div>
		<label for="name">请输入用户名：</label> 
		<input type="text" id="name" placeholder="用户名">
	</div>
	<div>
		<button id="connect" type="button">连接</button>
		<button id="disconnect" type="button" disabled="disabled">断开连接</button>
	</div>
	<div id="chat" style="display: none;">
		<div>
			<label for="name">请输入聊天内容：</label>
			<input type="text" id="content" placeholder="聊天内容">
		</div>
		<button id="send" type="button">发送</button>
		<div id="greetings">
			<div id="conversation" style="display: none">群聊进行中...</div>
		</div>
	</div>
</body>
</html>
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创建聊天室用的前端 js 文件 app.js，存放到到项目的 resources/static 路径下。

var stompClient = null;

function setConnected(connected) {
	$("#connect").prop("disabled", connected);
	$("#disconnect").prop("disabled", !connected);
	if (connected) {
		$("#conversation").show();
		$("#chat").show();
	} else {
		$("#conversation").hide();
		$("#chat").hide();
	}
	$("#greetings").html("");
}

function connect() {
	if (!$("#name").val()) {
		return;
	}
	var socket = new SockJS('/chat');
	stompClient = Stomp.over(socket);
	stompClient.connect({}, function(frame) {
		setConnected(true);
		stompClient.subscribe('/topic/greetings', function(greeting) {
			showGreeting(JSON.parse(greeting.body));
		});
	});
}

function disconnect() {
	if (stompClient !== null) {
		stompClient.disconnect();
	}
	setConnected(false);
}

function sendName() {
	stompClient.send("/app/hello", {}, JSON.stringify({
			'name' : $("#name").val(),
			'content' : $("#content").val()
	}));
}

function showGreeting(message) {
	$("#greetings")
		.append("<div>" + message.name + ": " + message.content + " [" + message.time + "] </div>");
}

$(function() {
	$("#connect").click(function() {
		connect();
	});
	
	$("#disconnect").click(function() {
		disconnect();
	});
	
	$("#send").click(function() {
		sendName();
	});
});
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  • connect 方法表示建立一个 WebSocket 连接，在建立 WebSocket 连接时，用户必须先输入用户名，然后才能建立连接；

  • 方法体中的意思：使用 SockJS 建立连接，然后创建一个 STOMP 实例发起请求，在连接成功回调方法中，首先调用 setConnected(true)；方法进行页面设置，然后调用 STOPM 中的 subscribe 方法订阅服务端发送回来的消息，并将服务端发送来的消息展示出来（使用 showGreeting 方法）；

  • 调用 STOMP 中的 disconnect 方法可以断开一个 WebScoket 连接。

运行聊天室应用，通过两个浏览器来模拟两个人在聊天室中的聊天。

在 Chrome 浏览器中输入http://localhost:8080/app.html (opens new window)， 使用 kevin 用户名连接后，参与聊天。

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在 Edge 浏览器中输入http://localhost:8080/app.html (opens new window)， 使用 roy 用户名连接后，参与聊天。

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经测试，可以看到 WebSocket 聊天室功能正常。

# 14.5.2.2 点对点聊天

由于点对点聊天涉及具体的用户，所以，添加 Spring Security 配置类。

@Configuration
@EnableWebSecurity
public class SecurityConfiguration extends WebSecurityConfigurerAdapter {
	
	@Override
	protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
		auth.inMemoryAuthentication()
		.passwordEncoder(new BCryptPasswordEncoder())
		.withUser("admin").password(new BCryptPasswordEncoder().encode("admin")).roles("ADMIN", "USER")
		.and()
		.withUser("kevin").password(new BCryptPasswordEncoder().encode("6998")).roles("USER")
		.and()
		.withUser("roy").password(new BCryptPasswordEncoder().encode("3525")).roles("OTHER");
	}
	
	@Override
	protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
		http.formLogin()
			.permitAll()
		.and().authorizeRequests()
			.anyRequest()
			.authenticated();
	}
	
}
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以上代码只是最简单的 Spring Security 配置，目的是支持用户登录，并让登录的用户具有用户身份。

改造 WebSocketConfig 配置类，添加 "/queue" 代理（broker）。

@Configuration
@EnableWebSocketMessageBroker
public class WebSocketConfig implements WebSocketMessageBrokerConfigurer {
	@Override
	public void configureMessageBroker(MessageBrokerRegistry registry) {
		registry.enableSimpleBroker("/topic", "/queue");
		registry.setApplicationDestinationPrefixes("/app");
	}

	@Override
	public void registerStompEndpoints(StompEndpointRegistry registry) {
		registry.addEndpoint("/chat").withSockJS();
	}

}
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创建消息类，用来封装消息发送者，接收者，消息内容和消息发送时间。

public class ChatMsg {
	private String from;
	private String to;
	private String content;
	private String time;
...
}
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创造一个 ChatController 控制器，用来处理点对点的聊天消息，

@Controller
public class ChatController {
	@Autowired
	SimpMessagingTemplate template;
	
	@MessageMapping("/chat")
    public void chat(Principal principal, ChatMsg msg) throws Exception {
        String from=principal.getName();
        msg.setFrom(from);
        
		Calendar calendar = Calendar.getInstance();
		DateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");
		Date date = calendar.getTime();
		
		msg.setTime(df.format(date));//添加发送时间

        template.convertAndSendToUser(msg.getTo(), "/queue/chat", msg);;
    }

}
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  • @MessageMapping("/chat") 表示来自”/app/chat”路径的消息（客户端 chat.js 中的 sendMsg 方法代码stompClient.send("/app/chat"...）将被 chat 方法处理，chat 方法的第一个参数 Principal 可以用来获取当前登录用户的信息，第二个参数则是客户端发送来的消息；

  • 在 chat 方法中，首先获取当前登录用户的用户名，设置给 msg 对象的 from 属性，然后设置消息的发送时间，再将消息发送出去，发送的目标就是 msg 的 to 属性；

  • 消息发送使用的方法是 convertAndSendToUser，该方法内部调用了 convertAndSend 方法，并对消息路径做了处理（SimpMessagingTemplate 类中private String destinationPrefix = "/user/"，所以后续客户端订阅消息中需要添加 user 前缀，即/user/queue/chat）。

    convertAndSend(this.destinationPrefix + user + destination, payload, headers, postProcessor);

创建一个聊天页面 chat.html 文件，存放到到项目的 resources/static 路径下。

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>单聊</title>
<script src="/webjars/jquery/jquery.min.js"></script>
<script src="/webjars/sockjs-client/sockjs.min.js"></script>
<script src="/webjars/stomp-websocket/stomp.min.js"></script>
<script src="/chat.js"></script>
</head>
<body>
	<div id="chat">
		<div id="chatsContent"></div>
		<div>
			请输入聊天内容： <input type="text" id="content" placeholder="聊天内容">
			目标用户： <input type="text" id="to" placeholder="目标用户">
			<button id="send" type="button">发送</button>
		</div>
	</div>
</body>
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创建 chat.js，存放到到项目的 resources/static 路径下，处理连接 WebSocket、发送和接收聊天信息。

var stompClient = null;
function connect() {
	var socket = new SockJS('/chat');
	stompClient = Stomp.over(socket);
	stompClient.connect({}, function(frame) {
		stompClient.subscribe('/user/queue/chat', function(chat) {
			showChatMsg(JSON.parse(chat.body));
		});
	});
}

function sendMsg() {
	stompClient.send("/app/chat", {}, JSON.stringify({
		'to' : $("#to").val(),
		'content' : $("#content").val()
	}));
}

function showChatMsg(message) {
	$("#chatsContent")
	.append("<div>" + message.from + ": " + message.content + " [" + message.time + "] </div>");
}

$(function() {
	connect();
	$("#send").click(function() {
		sendMsg();
	});
});
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  • 连接成功后，订阅地址为”/user/queue/chat”，该地址比服务端配置的地址多了”/user”前缀，这是因为，SimpMessagingTemplate 类中自动添加了路径前缀；

  • 聊天消息发送路径为”/app/chat”；

  • 发送的消息内容中有一个 to 字段，该字段用来描述消息发送的目标用户。

启动项目运行聊天程序，通过两个浏览器来模拟两个人点对点聊天。

在 Chrome 浏览器中输入http://localhost:8080/chat.html (opens new window)， 使用kevin用户名密码6998登录后（自动连接），在 roy 用户登录后向其发送聊天信息。

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在 Edge 浏览器中输入http://localhost:8080/chat.html (opens new window)， 使用 roy 用户名密码 3525 登录后（自动连接），在接收到 kevin 用户发送的消息后回复信息。

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经测试，可以看到 kevin 和 roy 两个用户可以完成点对点的聊天。

在我们实际工作中，上面的聊天室功能和企业管理类系统中的通知类似，点对点聊天功能就是一种小型的即时通讯功能。

本小节示例项目代码：

https://github.com/gyzhang/SpringBootCourseCode/tree/master/spring-boot-websocket (opens new window)

编辑 (opens new window)
上次更新: 2024/11/17, 16:29:23
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