Java中的WebSocket与实时通信！

开篇语

哈喽，各位小伙伴们，你们好呀，我是喵手。运营社区：C站/掘金/腾讯云/阿里云/华为云/51CTO；欢迎大家常来逛逛

  今天我要给大家分享一些自己日常学习到的一些知识点，并以文字的形式跟大家一起交流，互相学习，一个人虽可以走的更快，但一群人可以走的更远。

  我是一名后端开发爱好者，工作日常接触到最多的就是Java语言啦，所以我都尽量抽业余时间把自己所学到所会的，通过文章的形式进行输出，希望以这种方式帮助到更多的初学者或者想入门的小伙伴们，同时也能对自己的技术进行沉淀，加以复盘，查缺补漏。

小伙伴们在批阅的过程中，如果觉得文章不错，欢迎点赞、收藏、关注哦。三连即是对作者我写作道路上最好的鼓励与支持！

前言

在现代Web应用中，用户对实时互动的需求越来越高。无论是即时聊天、实时通知，还是在线多人游戏，实时通信已成为现代应用的重要组成部分。传统的HTTP请求/响应模式已经不能满足实时数据交换的需求，而WebSocket作为一种支持全双工通信的协议，为开发者提供了一个高效、低延迟的解决方案。Java为实现WebSocket通信提供了多种工具和框架，其中最常用的是Java API for WebSocket (JSR 356)和Spring WebSocket。

本文将深入探讨WebSocket的概念、Java实现WebSocket的技术手段，并通过实际应用场景（如即时聊天、实时通知、在线游戏）进行详细分析。

一、WebSocket概念：全双工通信、长连接

1.1 WebSocket协议简介

WebSocket协议是HTML5推出的一种网络协议，用于在客户端和服务器之间建立一个持久的、双向的通信通道。与传统的HTTP协议不同，WebSocket提供了全双工通信方式，这意味着客户端和服务器可以随时相互发送消息，而不需要每次建立新的连接。这使得WebSocket特别适用于实时应用场景。

WebSocket的特点：

• 全双工通信：WebSocket支持客户端和服务器之间的双向数据流，可以同时发送和接收数据，不像HTTP那样只能从客户端发起请求。
• 长连接：WebSocket协议建立连接后，客户端与服务器之间保持长时间的连接，直到手动关闭连接。这避免了频繁建立和关闭连接的开销。
• 低延迟：由于WebSocket使用持久连接，数据交换不再受到传统HTTP请求/响应模型的限制，具有更低的延迟。

1.2 WebSocket工作原理

1. 建立连接：WebSocket连接由客户端发起，客户端通过HTTP请求与服务器进行握手。服务器响应HTTP请求并升级协议为WebSocket，连接建立成功。

2. 数据交换：一旦WebSocket连接建立，客户端和服务器可以通过该连接进行双向数据传输。数据交换是基于WebSocket协议的帧结构进行的，数据帧通过WebSocket连接不断发送。

3. 关闭连接：当通信完成时，客户端或服务器都可以发送关闭帧，关闭WebSocket连接。

WebSocket连接的三阶段：

• 握手阶段：客户端向服务器发起连接请求，服务器响应并升级协议为WebSocket。
• 数据传输阶段：客户端和服务器通过持久连接进行双向数据传输。
• 关闭阶段：通信完成后，客户端或服务器发送关闭帧关闭连接。

二、Java实现WebSocket：Java API for WebSocket（JSR 356）、Spring WebSocket

2.1 Java API for WebSocket（JSR 356）

**Java API for WebSocket (JSR 356)**是Java EE7引入的标准API，旨在简化WebSocket通信的实现。通过JSR 356，开发者可以轻松地在Java应用中实现WebSocket服务器端和客户端。

服务器端实现

import javax.websocket.OnClose;
import javax.websocket.OnMessage;
import javax.websocket.OnOpen;
import javax.websocket.Session;
import javax.websocket.server.ServerEndpoint;

@ServerEndpoint("/chat")
public class ChatEndpoint {

    @OnOpen
    public void onOpen(Session session) {
        System.out.println("New connection: " + session.getId());
    }

    @OnMessage
    public void onMessage(String message, Session session) {
        System.out.println("Received message: " + message);
        session.getAsyncRemote().sendText("Echo: " + message);
    }

    @OnClose
    public void onClose(Session session) {
        System.out.println("Connection closed: " + session.getId());
    }
}

代码解析：

• @ServerEndpoint("/chat")：标注WebSocket端点，客户端可以通过ws://localhost:8080/chat进行连接。
• @OnOpen：当WebSocket连接建立时调用，session.getId()可用来获取客户端的连接ID。
• @OnMessage：当接收到客户端发送的消息时调用，session.getAsyncRemote().sendText()用于向客户端发送消息。
• @OnClose：当WebSocket连接关闭时调用，释放资源等。

启动服务器

import javax.websocket.server.ServerContainer;
import javax.websocket.server.ServerEndpointConfig;
import javax.servlet.ServletContext;
import org.apache.tomcat.websocket.server.WsSci;

public class WebSocketServer {
    public static void main(String[] args) {
        ServletContext context = new MyServletContext();
        ServerContainer container = (ServerContainer) context.getAttribute("javax.websocket.server.ServerContainer");
        container.addEndpoint(ChatEndpoint.class);
    }
}

2.2 Spring WebSocket

Spring WebSocket是Spring框架提供的一种集成WebSocket的解决方案。它结合了Spring的依赖注入和消息驱动的处理方式，能够轻松地实现WebSocket服务器端和客户端通信。Spring WebSocket与STOMP协议结合使用，使得消息推送和事件通知变得更加简单和强大。

配置WebSocket

import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.messaging.simp.config.MessageBrokerRegistry;
import org.springframework.web.socket.config.annotation.EnableWebSocketMessageBroker;
import org.springframework.web.socket.config.annotation.StompEndpointRegistry;
import org.springframework.web.socket.config.annotation.WebSocketMessageBrokerConfigurer;

@Configuration
@EnableWebSocketMessageBroker
public class WebSocketConfig implements WebSocketMessageBrokerConfigurer {

    @Override
    public void registerStompEndpoints(StompEndpointRegistry registry) {
        registry.addEndpoint("/chat").withSockJS(); // 创建WebSocket端点，使用SockJS进行降级处理
    }

    @Override
    public void configureMessageBroker(MessageBrokerRegistry registry) {
        registry.enableSimpleBroker("/topic"); // 启用一个简单的内存消息代理，处理`/topic`下的消息
        registry.setApplicationDestinationPrefixes("/app"); // 设置消息前缀
    }
}

代码解析：

• @EnableWebSocketMessageBroker：启用WebSocket消息代理，允许使用STOMP协议进行消息推送。
• registerStompEndpoints：注册WebSocket端点，客户端通过/chat连接。
• configureMessageBroker：配置消息代理和应用消息前缀。/topic用于广播消息，/app是应用消息的前缀。

发送和接收消息

import org.springframework.messaging.handler.annotation.MessageMapping;
import org.springframework.messaging.handler.annotation.SendTo;
import org.springframework.stereotype.Controller;

@Controller
public class ChatController {

    @MessageMapping("/sendMessage") // 处理客户端发送的消息
    @SendTo("/topic/messages") // 向订阅者发送消息
    public String sendMessage(String message) {
        return "Message: " + message;
    }
}

代码解析：

• @MessageMapping("/sendMessage")：接收客户端发送到/sendMessage的消息。
• @SendTo("/topic/messages")：消息将被转发到/topic/messages，然后广播到所有订阅者。

客户端实现

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>WebSocket Chat</title>
    <script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/stomp.js/2.3.3/stomp.min.js"></script>
    <script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/sockjs-client/1.5.1/sockjs.min.js"></script>
</head>
<body>
    <div id="messages"></div>
    <input type="text" id="messageInput">
    <button onclick="sendMessage()">Send</button>

    <script>
        var socket = new SockJS('/chat');
        var stompClient = Stomp.over(socket);
        
        stompClient.connect({}, function(frame) {
            stompClient.subscribe('/topic/messages', function(message) {
                document.getElementById("messages").innerHTML += message.body + "<br>";
            });
        });

        function sendMessage() {
            var message = document.getElementById("messageInput").value;
            stompClient.send("/app/sendMessage", {}, message);
        }
    </script>
</body>
</html>

代码解析：

• SockJS：提供WebSocket连接的降级支持，在不支持WebSocket的环境中使用。
• STOMP：消息传递协议，客户端通过STOMP协议发送消息到/app/sendMessage，并接收来自/topic/messages的广播消息。

三、应用场景：即时聊天、实时通知、在线游戏

3.1 即时聊天

WebSocket在即时通讯应用中的应用非常广泛，利用WebSocket的全双工通信，可以实现实时的消息推送。每当一个用户发送消息，消息便立即传递给其他连接的客户端，提供实时互动的体验。

3.2 实时通知

WebSocket也常用于实时通知系统。在很多业务场景中，系统需要向用户推送实时信息，如订单状态更新、系统警告、直播通知等。WebSocket提供了一个持久连接，能够在有新事件发生时立即通知到客户端。

3.3 在线游戏

在线游戏中的实时数据交换对低延迟的要求非常高。WebSocket的低延迟和持久连接特性使其成为在线多人游戏的理想选择。游戏中的实时互动、玩家状态更新、多人协作等都可以通过WebSocket实现。

四、总结

Java中的WebSocket和实时通信技术提供了低延迟、高吞吐量的双向通信解决方案，使得开发者能够轻松地构建实时交互应用。Java API for WebSocket（JSR 356）和Spring WebSocket为开发者提供了简洁且功能强大的实现方式，适用于即时聊天、实时通知、在线游戏等多种应用场景。

通过WebSocket，开发者能够实现高效的实时通信，消除了传统HTTP协议的限制，使得应用能够在客户端和服务器之间进行无缝的、实时的双向数据流。随着WebSocket的广泛应用，实时交互功能在Web开发中的重要性也将不断增强，推动互联网应用的智能化与实时化。

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文末

好啦，以上就是我这期的全部内容，如果有任何疑问，欢迎下方留言哦，咱们下期见。

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学习不分先后，知识不分多少；事无巨细，当以虚心求教；三人行，必有我师焉！！！

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