WebSocket实现在线聊天室

1.常见的消息推送方式

1.1 轮询

1.1.1 轮询的概念

客户端以固定的事件间隔（例如每秒或几分钟）向服务器发送HTTP请求，服务器收到请求后，处理请求并返回数据给客户端

轮询具体实现

1.1.2 轮询的优点

• 实现简单:轮询是一种相对简单的获取都武器更新的方法，易于理解和实现
• 兼容性：由于轮询基于HYTTP请求和响应，因此他兼容几乎所有的网络服务和客户端

1.1.3 轮询的缺点

• 数据更新不及时：客户端必须等待下一次轮询间隔才能接收到新数据，这可能导致数据更新不及时
• 资源浪费：频繁的轮询可能会浪费服务器和客户端的资源，油漆是在没有新数据的情况下，大部分请求都是无效的。

1.2 长轮询

1.2.1长轮询的概念

长轮询是一种改进的轮询技术，客户端向服务器发送HTTP请求。服务器接收到请求后，会阻塞请求，直到有新数据达到指定的超时时间才会返回结果

• 如果有新数据，服务器会立即返回结果并关闭连接
• 如果没有新数据，服务器会在超时后关闭连接
• 客户端收到响应或连接超时后，会再发送新的请求

1.2.2 长轮询的优点

• 实时性提升：长轮询可以更快的接受到服务器的更新，因为他减少了客户端在两次请求之间的等待时长
• 减少了无效请求：与定时轮询相比，长轮询减少了在没有数据更新时无效请求的次数，因为服务器仅在数据准备好时才发送响应。

1.2.3 长轮询的缺点

• 资源占用：虽然轮询减少了请求次数，但他可能会长时间占用服务器资源，因为服务器需要保持连接打开直到新数据出现或超时。
• 兼容性和复杂度：长轮询的实现比简单的轮询复杂，需要服务器编写额外的逻辑

@RestController
@RequestMapping("/longpolling")
public class LongPollingController {

    private static final ConcurrentHashMap<String, WebSocketSession> sessions = new ConcurrentHashMap<>();

    // 假设这是模拟的数据源
    private static final List<String> messages = new CopyOnWriteArrayList<>();

    @PostMapping("/subscribe")
    public Callable<String> subscribe(@RequestParam String clientId) {
        return () -> {
            // 模拟等待新数据
            synchronized (messages) {
                while (messages.isEmpty()) {
                    try {
                        messages.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        Thread.currentThread().interrupt();
                        return null;
                    }
                }
                String message = messages.remove(0);
                return message;
            }
        };
    }

    // 模拟数据推送
    public static void pushMessage(String message) {
        synchronized (messages) {
            messages.add(message);
            messages.notifyAll();
        }
    }

    // 注意：这里的示例为了简化并未真正使用WebSocketSession，实际中可能需要WebSocket来管理连接
}

1.3 WebSocket

1.4 SSE

SSE：服务器发送事件，主要用于服务器向客户端推送实时更新（不需要客户端主动请求）

• SSE会在客户端和服务器之间打开一个单项通道
• 服务器返回的不再是一次性的数据包，而是text/event-stream类型的数据流信息
• 服务器有数据发生改变时会将数据以流的形式传输给客户端

SSE仅支持从服务器到客户端单项通信，客户端无法通过SSE发送到服务器

2.什么是WebSocket

2.1 全双工通信和半双工的概念

全双工:允许数据在两个方向上同时传输

半双工：允许数据在两个方向上传输，但是同一时间段只允许一个方向传输

2.2 WebScoket的概念

WebSocket 是一种基于 TCP 的网络通信协议，允许在客户端和服务器建立全双工的通信通道。这意味着客户端和服务器可以在任何时候互相发送消息，不需要像传统的 HTTP 请求那样等待响应。WebSocket 非常适合于需要实时更新数据的应用场景，如在线游戏、实时聊天、实时数据推送等

2.3WebSocket的原理

WebSocket 协议会在客户端和服务器之间建立一条持久的连接通道，连接建立后，双方可以在任意时间通过这个通道发送数据，每次请求无需重新建立连接

WebSocket 的数据传输是双向的，这意味着服务器可以主动向客户端推送数据，而不仅仅是响应客户端的请求

WebScoket连接建立的步骤：

1.客户端发起握手请求：客户端通过HTTP请求发起WebScoket握手请求

2.服务器响应握手请求：服务器收到握手请求后，如果同意升级协议，就会返回一个HTTP 101状态码，表示协议切换成功

3.连接建立：握手成功，客户端和服务器之间的连接切换成WebSockt协议，之后双方通过此连接进行双向通信。

3.浏览器中与WebSocket相关的API

3.1websocket对象创建

let ws = new WebSocket(URL);

3.2 websocket对象相关事件

3.3 websocket对象提供的方法

3.4具体代码实现：

3.4.1 前端

<script>
  let ws = new WebScoket("ws://localhost/chat");

  ws.onopen = function() {
    
  };
  ws.onmessage = function(evt) {
    // 通过evt.data 可以获取服务器发送的数据
  }
</script>

4.服务器API

Tomcat的7.0.5版本开始支持WebSocket，并实现了Java WebSocket规范。

Java WebSocket应用由一系列的Endpoint组成。Endpoint是一个java对象，代表WebSocket链接的一端，对于服务器，我们可以视为处理具体的WebSocket消息的接口。

我们可以通过两种方式定义Endpoint：

第一种是编程式，继承javax.websocket.Endpoint并实现其方法

第二种是注解式，定义一个POJO，并添加@ServerEndpoint

Endpoint实例在WebSocket握手时创建，并在客户端与服务器连接过程中有效，在最后关闭连接时结束。在Endpoint接口中明确定义与其生命周期县官的方法，规范实现者确保生命周期的各个阶段调用实例相关的方法。生命周期如下：

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

    @OnOpen
    // 连接建立时被调用
    public void onOpen(Session session, EndpointConfig config){
        
    }

    @OnMessage
    // 接收到客户端发送的数据时被调用
    public void onMessage(String message) {
        
    }

    @OnClose
    // 连接关闭时被调用
    public void onClose(Session session) {
        
    }
}

5.需求分析

5.1通过websocket实现在线聊天室

登陆页面:

聊天页面:

5.2 流程分析

5.3消息格式：

客户端->服务器

{
  "toName":"张三",
  "message":"你好"
}

服务器->客户端

①系统消息格式：

{
  "system":true,
  "fromName":null,
  "message"：["李四","王五"]
}

②推送给某一个用户的消息格式：

{
  "system":false,
  "fromName":"张三",
  "message"："你好"
}

6.搭建websocket服务端

6.1 后端环境

• SpringBoot: 2.6.7
• JDK: 1.8

6.2 准备工作（导入Maven依赖）

WebSocket:

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

Web:

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

fastjson2:

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.fastjson2</groupId>
    <artifactId>fastjson2</artifactId>
    <version>2.0.50</version>
</dependency>

6.3 编写配置类，扫描添加有@ServerEndpoint注解的 Bean

@Configuration
public class WebSocketConfig {

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

6.4 编写配置类，用于获取HttpSession对象

public class GetHttpSessionConfig extends ServerEndpointConfig.Configurator {

    @Override
    public void modifyHandshake(ServerEndpointConfig serverEndpointConfig, HandshakeRequest request, HandshakeResponse response) {
        HttpSession httpSession = (HttpSession) request.getHttpSession();

        // 将 httpSession 对象存到 ServerEndpointConfig 对象中
        serverEndpointConfig.getUserProperties().put(HttpSession.class.getName(), httpSession);
    }

}

6.4在@ServerEndPoint注解中指定配置类

import com.alibaba.fastjson2.JSON;
import jakarta.servlet.http.HttpSession;
import jakarta.websocket.*;
import jakarta.websocket.server.ServerEndpoint;
import org.springframework.stereotype.Component;

import java.io.IOException;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

@ServerEndpoint(value = "/chat", configurator = GetHttpSessionConfig.class)
@Component
public class ChatEndpoint {

    // 保存在线的用户，key为用户名，value为 Session 对象
    private static final Map<String, Session> onlineUsers = new ConcurrentHashMap<>();

    private HttpSession httpSession;

    /**
     * 建立websocket连接后，被调用
     *
     * @param session Session
     */
    @OnOpen
    public void onOpen(Session session, EndpointConfig config) {
        this.httpSession = (HttpSession) config.getUserProperties().get(HttpSession.class.getName());

        String user = (String) this.httpSession.getAttribute("currentUser");
        if (user != null) {
            onlineUsers.put(user, session);
        }

        // 通知所有用户，当前用户上线了
        String message = MessageUtils.getMessage(true, null, getFriends());
        broadcastAllUsers(message);
    }


    private Set<String> getFriends() {
        return onlineUsers.keySet();
    }

    private void broadcastAllUsers(String message) {
        try {
            Set<Map.Entry<String, Session>> entries = onlineUsers.entrySet();

            for (Map.Entry<String, Session> entry : entries) {
                // 获取到所有用户对应的 session 对象
                Session session = entry.getValue();

                // 使用 getBasicRemote() 方法发送同步消息
                session.getBasicRemote().sendText(message);
            }
        } catch (Exception exception) {
            exception.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 浏览器发送消息到服务端时该方法会被调用，也就是私聊
     * 张三  -->  李四
     *
     * @param message String
     */
    @OnMessage
    public void onMessage(String message) {
        try {
            // 将消息推送给指定的用户
            Message msg = JSON.parseObject(message, Message.class);

            // 获取消息接收方的用户名
            String toName = msg.getToName();
            String tempMessage = msg.getMessage();

            // 获取消息接收方用户对象的 session 对象
            Session session = onlineUsers.get(toName);
            String currentUser = (String) this.httpSession.getAttribute("currentUser");
            String messageToSend = MessageUtils.getMessage(false, currentUser, tempMessage);

            session.getBasicRemote().sendText(messageToSend);
        } catch (Exception exception) {
            exception.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 断开 websocket 连接时被调用
     *
     * @param session Session
     */
    @OnClose
    public void onClose(Session session) throws IOException {
        // 1.从 onlineUsers 中删除当前用户的 session 对象，表示当前用户已下线
        String user = (String) this.httpSession.getAttribute("currentUser");
        if (user != null) {
            Session remove = onlineUsers.remove(user);
            if (remove != null) {
                remove.close();
            }

            session.close();
        }

        // 2.通知其他用户，当前用户已下线
        // 注意：不是发送类似于 xxx 已下线的消息，而是向在线用户重新发送一次当前在线的所有用户
        String message = MessageUtils.getMessage(true, null, getFriends());
        broadcastAllUsers(message);
    }

}

7.搭建WebSocket客户端

前端使用的技术：Vue3+Axois+Elementplus

7.1创建一个axios实例

import axios from 'axios'

const request = axios.create({
  baseURL: '/api',
  timeout: 60000,
  headers: {
    'Content-Type': 'application/json;charset=UTF-8'
  }
})

request.interceptors.request.use(

)

request.interceptors.response.use(response => {
  if (response.data) {
    return response.data
  }
  return response
}, (error) => {
  return Promise.reject(error)
})

export default request

7.2 编写代理规则

vite.config.js

import {fileURLToPath, URL} from 'node:url'

import {defineConfig} from 'vite'
import vue from '@vitejs/plugin-vue'

// https://vitejs.dev/config/
export default defineConfig({
  plugins: [
    vue()
  ],
  resolve: {
    alias: {
      '@': fileURLToPath(new URL('./src', import.meta.url))
    }
  },
  server: {
    proxy: {
      '/api': {
        target: 'http://localhost:7024',
        changeOrigin: true,
        rewrite: (path) => {
          return path.replace('/api', '')
        }
      }
    }
  }
})

7.2创建WebSocket对象

webSocket.value = new WebSocket('ws://localhost:7024/chat')

7.3为WebSocket对象绑定事件

webSocket.value.onopen = onOpen

// 接收到服务端推送的消息后触发
webSocket.value.onmessage = onMessage

webSocket.value.onclose = onClose