WebSocket使用介绍，看这篇就够了

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2023年07月25日 01:25 · 阅读数 10

一、WebSocket连接的建立、消息的接收和回复

当涉及到WebSocket框架的深度使用时，一个流行的选择是使用Java的Spring框架来实现。下面是一个基本的示例，演示了如何使用Spring WebSocket框架进行深度使用：

首先，确保你的项目中包含了Spring WebSocket的相关依赖。在pom.xml文件中添加以下依赖：

<dependencies>
    <!-- Spring WebSocket -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-websocket</artifactId>
    </dependency>
</dependencies>

接下来，创建一个WebSocket配置类，用于配置和管理WebSocket连接：

import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.web.socket.config.annotation.EnableWebSocket;
import org.springframework.web.socket.config.annotation.WebSocketConfigurer;
import org.springframework.web.socket.config.annotation.WebSocketHandlerRegistry;

@Configuration
@EnableWebSocket
public class WebSocketConfig implements WebSocketConfigurer {
    
    @Override
    public void registerWebSocketHandlers(WebSocketHandlerRegistry registry) {
        registry.addHandler(new MyWebSocketHandler(), "/websocket").setAllowedOrigins("*");
    }
}

在上面的示例中，MyWebSocketHandler是自定义的WebSocket处理程序，它将处理来自客户端的WebSocket连接和消息。

接下来，创建一个WebSocket处理程序类来处理WebSocket连接和消息的逻辑：

import org.springframework.web.socket.TextMessage;
import org.springframework.web.socket.WebSocketHandler;
import org.springframework.web.socket.WebSocketSession;
import org.springframework.web.socket.handler.TextWebSocketHandler;

public class MyWebSocketHandler extends TextWebSocketHandler {

    @Override
    public void afterConnectionEstablished(WebSocketSession session) throws Exception {
        // 当WebSocket连接建立成功时调用
        System.out.println("WebSocket连接已建立");
    }

    @Override
    protected void handleTextMessage(WebSocketSession session, TextMessage message) throws Exception {
        // 处理接收到的WebSocket消息
        String payload = message.getPayload();
        System.out.println("接收到消息：" + payload);
        
        // 发送回复消息给客户端
        String replyMessage = "收到消息：" + payload;
        session.sendMessage(new TextMessage(replyMessage));
    }

    @Override
    public void afterConnectionClosed(WebSocketSession session, CloseStatus status) throws Exception {
        // 当WebSocket连接关闭时调用
        System.out.println("WebSocket连接已关闭");
    }
}

在上面的示例中，我们覆盖了afterConnectionEstablished、handleTextMessage和afterConnectionClosed等方法，以处理WebSocket连接的建立、接收消息和连接关闭等事件。

最后，你可以在你的应用程序中使用WebSocket连接，例如在控制器中处理WebSocket请求：

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

@Controller
public class WebSocketController {

    @MessageMapping("/send")
    @SendTo("/topic/messages")
    public String sendMessage(String message) {
        // 处理接收到的消息，并返回处理结果
        String replyMessage = "处理消息：" + message;
        return replyMessage;
    }
}

在上面的示例中，我们使用@MessageMapping注解来指定处理客户端发送的消息的路径，然后使用@SendTo注解将处理结果发送回指定的订阅路径。

二、广播消息、用户认证

广播消息：除了在handleTextMessage方法中直接发送回复消息给单个客户端外，你还可以使用SimpMessagingTemplate来广播消息给所有订阅了特定主题的客户端。可以在WebSocketConfig中注入SimpMessagingTemplate，然后在处理程序中使用它发送消息。

@Autowired
private SimpMessagingTemplate messagingTemplate;

@Override
protected void handleTextMessage(WebSocketSession session, TextMessage message) throws Exception {
    // 处理接收到的WebSocket消息
    String payload = message.getPayload();
    System.out.println("接收到消息：" + payload);

    // 广播消息给所有订阅了特定主题的客户端
    messagingTemplate.convertAndSend("/topic/messages", "收到消息：" + payload);
}

用户认证和授权：如果你的应用程序需要对WebSocket连接进行认证和授权，你可以使用Spring Security框架来实现。你可以在WebSocketConfigurer的registerWebSocketHandlers方法中添加适当的拦截器来处理认证和授权逻辑。例如，使用HandshakeInterceptor进行握手阶段的认证，并使用ChannelInterceptor来拦截和处理每个消息的授权逻辑。
处理其他WebSocket事件：除了处理连接建立、消息接收和连接关闭等事件外，你还可以覆盖其他WebSocket事件的处理方法，例如handleTransportError用于处理传输错误，handleBinaryMessage用于处理二进制消息等。根据你的需求，选择合适的方法进行覆盖和处理。
集成其他功能：你可以将WebSocket与其他功能集成，例如数据库访问、消息队列、实时通知等。使用适当的组件和库，将WebSocket与你的应用程序的其他部分无缝集成，以实现更复杂的功能。

三、转换器、存储与过滤器

自定义消息转换器：Spring WebSocket框架支持使用不同的消息转换器来处理不同类型的消息。你可以自定义消息转换器，以实现自定义的消息格式和处理逻辑。通过实现WebSocketMessageConverter接口，你可以定义自己的消息转换器，并在WebSocketConfig中进行配置。

@Configuration
@EnableWebSocket
public class WebSocketConfig implements WebSocketConfigurer {

    @Override
    public void registerWebSocketHandlers(WebSocketHandlerRegistry registry) {
                registry.addHandler(new MyWebSocketHandler(), "/websocket")
                .setAllowedOrigins("*")
                .addInterceptors(new HttpSessionHandshakeInterceptor())
                .withSockJS();
    }

    @Override
    public void configureMessageBroker(MessageBrokerRegistry registry) {
        registry.enableSimpleBroker("/topic");
        registry.setApplicationDestinationPrefixes("/app");
    }

    @Override
    public boolean configureMessageConverters(List<MessageConverter> messageConverters) {
        // 添加自定义的消息转换器
        messageConverters.add(new MyMessageConverter());
        return true;
    }
}

广播消息给特定用户：除了广播消息给所有订阅了特定主题的客户端，你还可以使用SimpMessagingTemplate将消息发送给特定用户。通过将用户标识符作为消息的目的地，你可以确保消息仅发送给特定用户。
```
@Autowired
private SimpMessagingTemplate messagingTemplate;

public void sendMessageToUser(String userId, String message) {
   messagingTemplate.convertAndSendToUser(userId, "/queue/messages", message);
}
```
会话管理和状态存储：WebSocket连接可以建立长时间的会话，你可能需要管理会话状态和存储用户相关的数据。你可以使用WebSocketSession对象来管理会话，并使用适当的存储机制（例如数据库、缓存等）来存储和检索会话状态。
消息拦截器和过滤器：Spring WebSocket框架提供了拦截器和过滤器机制，允许你在处理消息之前或之后执行额外的逻辑。通过实现HandshakeInterceptor和ChannelInterceptor接口，你可以编写自定义的拦截器和过滤器来处理身份验证、消息转换、日志记录等操作。

四、拦截器、STOMP协议

处理连接错误：WebSocket连接可能会出现错误，例如连接断开、超时等情况。你可以在handleTransportError方法中处理这些连接错误，并采取适当的措施，例如记录日志、重新连接等。

@Override
public void handleTransportError(WebSocketSession session, Throwable exception) throws Exception {
    // 处理连接错误
    System.out.println("连接错误：" + exception.getMessage());

    // 可以根据具体情况采取适当的措施，例如关闭连接、重新连接等
}

使用WebSocket拦截器：WebSocket拦截器允许你在建立连接之前和之后执行额外的逻辑。你可以实现HandshakeInterceptor接口，并在WebSocketConfig中注册拦截器来处理握手阶段的逻辑。

@Configuration
@EnableWebSocket
public class WebSocketConfig implements WebSocketConfigurer {

    @Override
    public void registerWebSocketHandlers(WebSocketHandlerRegistry registry) {
        registry.addHandler(new MyWebSocketHandler(), "/websocket")
                .setAllowedOrigins("*")
                .addInterceptors(new MyHandshakeInterceptor())
                .withSockJS();
    }

    // ...
}

使用自定义注解：你可以定义自己的注解，以便在WebSocket处理方法中进行更细粒度的控制。通过创建自定义注解并使用@Target(ElementType.METHOD)将其应用于处理方法，你可以在运行时执行特定的逻辑。

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface CustomWebSocketHandler {
    // 添加自定义属性
}




@CustomWebSocketHandler
public void handleWebSocketMessage(WebSocketSession session, TextMessage message) {
    // 执行自定义逻辑
}

使用STOMP协议：STOMP（Simple Text Oriented Messaging Protocol）是一种简单的文本导向消息协议，用于在WebSocket之上进行消息传递。你可以使用Spring的STOMP支持来实现更高级的消息传递功能，例如订阅和发布、消息头、错误处理等。

五、广播管理、定时任务

消息广播和群组管理：除了向特定用户发送消息，你可能还需要实现消息的广播和群组管理功能。Spring WebSocket框架提供了SimpMessagingTemplate和SimpUserRegistry等工具类来实现这些功能。你可以使用SimpMessagingTemplate发送消息给特定主题或群组，而SimpUserRegistry则用于管理连接的用户和会话。

@Autowired
private SimpMessagingTemplate messagingTemplate;

@Autowired
private SimpUserRegistry userRegistry;

public void broadcastMessage(String topic, String message) {
    messagingTemplate.convertAndSend(topic, message);
}

public Set<String> getConnectedUsers() {
    return userRegistry.getUsers().stream()
            .map(SimpUser::getName)
            .collect(Collectors.toSet());
}

定时任务和调度：在WebSocket应用中，你可能需要执行定时任务和调度任务，例如定时发送消息、定时清理会话等。你可以使用Spring框架提供的定时任务调度功能，结合WebSocket框架来实现这些任务。

@Component
public class WebSocketScheduler {

    @Autowired
    private SimpMessagingTemplate messagingTemplate;

    @Scheduled(fixedDelay = 5000) // 每5秒执行一次
    public void sendScheduledMessage() {
        String message = "Scheduled message";
        messagingTemplate.convertAndSend("/topic/messages", message);
    }
}

跨域访问控制：如果你的WebSocket应用需要跨域访问控制，你可以配置相应的跨域策略。Spring WebSocket框架提供了setAllowedOrigins方法来设置允许的跨域来源。

@Override
public void registerWebSocketHandlers(WebSocketHandlerRegistry registry) {
    registry.addHandler(new MyWebSocketHandler(), "/websocket")
            .setAllowedOrigins("http://example.com")
            .addInterceptors(new HttpSessionHandshakeInterceptor())
            .withSockJS();
}

安全认证和授权：如果你的WebSocket应用需要安全认证和授权，你可以结合Spring Security框架来实现。通过配置适当的安全规则和认证机制，你可以确保只有经过授权的用户才能建立WebSocket连接和发送消息。

@Configuration
@EnableWebSocket
public class WebSocketConfig implements WebSocketConfigurer {

    @Override
    public void registerWebSocketHandlers(WebSocketHandlerRegistry registry) {
        registry.addHandler(new MyWebSocketHandler(), "/websocket")
                .setAllowedOrigins("*")
                .addInterceptors(new HttpSessionHandshakeInterceptor())
                .withSockJS();
    }

    // ...
}
@Configuration
@EnableWebSecurity
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {

    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http
            .authorizeRequests()
            .antMatchers("/websocket").authenticated()
            .anyRequest().permitAll()
            .and()
            .formLogin()
            .permitAll()
            .and()
            .logout()
            .permitAll();
    }
}

六、存储、多频道管理与部署

消息存储和持久化：如果你的应用需要存储和持久化消息，可以结合使用WebSocket和消息队列或数据库来实现。当接收到消息时，你可以将消息存储到数据库或消息队列中，并在需要的时候进行读取和处理。

@Autowired
private MessageRepository messageRepository;

public void handleMessage(WebSocketSession session, TextMessage message) {
    // 存储消息到数据库或消息队列
    messageRepository.save(message.getPayload());
}

public List<String> getMessages() {
    // 从数据库或消息队列中读取消息
    return messageRepository.findAll();
}

多频道管理：如果你的应用需要管理多个频道或主题，可以考虑使用WebSocket的订阅和发布模式。你可以创建多个频道或主题，并在客户端订阅感兴趣的频道，以便接收相应的消息。

@Autowired
private SimpMessagingTemplate messagingTemplate;

public void sendMessage(String channel, String message) {
    messagingTemplate.convertAndSend("/topic/" + channel, message);
}

public void subscribeChannel(String channel, WebSocketSession session) {
    messagingTemplate.subscribe("/topic/" + channel, session.getId());
}

public void unsubscribeChannel(String channel, WebSocketSession session) {
    messagingTemplate.unsubscribe("/topic/" + channel, session.getId());
}

跨服务器部署：如果你的应用需要在多个服务器上部署，可以考虑使用分布式消息代理来实现跨服务器的消息传递。一种常见的方案是使用RabbitMQ或Apache Kafka等消息队列作为消息代理，以确保消息在不同服务器之间的可靠传递。

错误处理和异常处理：在处理WebSocket连接和消息时，可能会出现错误和异常。你可以实现WebSocketHandler接口的handleTransportError和handleMessageException方法来处理连接错误和消息异常，并进行相应的处理，例如记录日志、发送错误消息等。

public class MyWebSocketHandler implements WebSocketHandler {

    @Override
    public void handleTransportError(WebSocketSession session, Throwable exception) throws Exception {
        // 处理连接错误
    }

    @Override
    public void handleMessage(WebSocketSession session, WebSocketMessage<?> message) throws Exception {
        try {
            // 处理接收到的消息
        } catch (Exception e) {
            // 处理消息异常
        }
    }
}

七、会话心跳

消息编解码：在WebSocket应用中，消息的编码和解码是一个重要的环节。你可以使用Spring提供的消息编解码器来实现消息的转换和处理。例如，可以使用TextMessageEncoder和TextMessageDecoder来进行文本消息的编解码。

public class MyTextMessageEncoder implements MessageEncoder<String> {
    @Override
    public ByteBuffer encode(String message) throws EncodeException {
        // 实现消息的编码逻辑
    }
}

public class MyTextMessageDecoder implements MessageDecoder<String> {
    @Override
    public String decode(ByteBuffer message) throws DecodeException {
        // 实现消息的解码逻辑
    }
}

心跳检测：为了确保WebSocket连接的稳定性，你可以实现心跳检测机制来监控连接的状态。可以使用定时任务来发送心跳消息，并在一定时间内未收到心跳响应时，断开连接或进行相应的处理。

@Component
public class HeartbeatScheduler {

    @Autowired
    private SimpMessagingTemplate messagingTemplate;

    @Scheduled(fixedDelay = 10000) // 每10秒发送一次心跳消息
    public void sendHeartbeatMessage() {
        messagingTemplate.convertAndSend("/topic/heartbeat", "Heartbeat");
    }
}

public class MyWebSocketHandler extends TextWebSocketHandler {

    @Override
    protected void handleTextMessage(WebSocketSession session, TextMessage message) throws Exception {
        if ("Heartbeat".equals(message.getPayload())) {
            // 收到心跳消息，进行相应处理
            // ...
        } else {
            // 处理其他消息
            // ...
        }
    }
}

自定义拦截器：你可以使用自定义拦截器来对WebSocket连接进行拦截和处理。拦截器可以用于认证、授权、日志记录等方面。通过实现HandshakeInterceptor接口，你可以在建立连接之前和之后进行相应的操作。

public class MyHandshakeInterceptor implements HandshakeInterceptor {
    @Override
    public boolean beforeHandshake(ServerHttpRequest request, ServerHttpResponse response,
                                   WebSocketHandler wsHandler, Map<String, Object> attributes) throws Exception {
        // 在建立连接之前进行处理
        // ...
        return true;
    }

    @Override
    public void afterHandshake(ServerHttpRequest request, ServerHttpResponse response,
                               WebSocketHandler wsHandler, Exception exception) {
        // 在建立连接之后进行处理
        // ...
    }
}

会话管理：在WebSocket应用中，你可能需要管理和跟踪每个连接的会话信息。你可以通过维护一个会话管理器来实现会话的创建、销毁和查询等操作。

public class SessionManager {
    private Map<String, WebSocketSession> sessions = new ConcurrentHashMap<>();

    public void addSession(WebSocketSession session) {
        sessions.put(session.getId(), session);
    }

    public void removeSession(WebSocketSession session) {
        sessions.remove(session.getId());
    }

    public WebSocketSession getSession(String sessionId) {
        return sessions.get(sessionId);
    }

    public List<WebSocketSession> getAllSessions() {
        return new ArrayList<>(sessions.values());
    }
}