初识websocket及java服务端的简单实现

摘要：

WebSocket是通过单个TCP连接进行全双工通信的协议。允许服务器主动向客户端推送数据。浏览器向服务器发送HTTP请求，然后服务器向客户端浏览器返回最新数据。也就是说，浏览器需要不断地向服务器发送请求。然而，HTTP请求可能包含长标头，使用新技术轮询的效果是Comet。相反，使用HTTP协议来建立连接。

概念：WebSocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议。

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

背景：很多网站为了实现推送技术，所用的技术都是轮询。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。

而比较新的技术去做轮询的效果是Comet。这种技术虽然可以双向通信，但依然需要反复发出请求。而且在Comet中，普遍采用的长链接，也会消耗服务器资源。

在这种情况下，HTML5定义了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。

websocket运用场景：

即时通讯：多媒体聊天，你可以使用该技术开个聊天室，聊个火热。可以单独2人聊个畅快。
互动游戏：现在多人游戏越来越火热，那么多人游戏必须是时时的，不考虑其他因素，只是时效性方面，也可以用该技术做多人游戏。
协同合作：开发人员会有git，svn等代码管理工具，但还是会有冲突。用此技术开发一个文档协同编辑工具，使每个人的编辑内容都时时同步，将不会有冲突发生。
动态数据表报：类似通知变更，如有需求，可以开发一个时时的数据报表，使用此技术，服务端数据发生变化，可在表报上立刻显示出来。如，电商平台的交易数据，每时每刻都在变化着，可以时时监控。
实时工具：如导航，实时查询工具等也可使用。

原理：

WebSocket并不是全新的协议，而是利用了HTTP协议来建立连接。我们来看看WebSocket连接是如何创建的。

首先，WebSocket连接必须由浏览器发起，因为请求协议是一个标准的HTTP请求，格式如下：

GET ws://localhost:3000/ws/chat HTTP/1.1
Host: localhost
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Origin: http://localhost:3000
Sec-WebSocket-Key: client-random-string
Sec-WebSocket-Version: 13

该请求和普通的HTTP请求有几点不同：

GET请求的地址不是类似/path/，而是以ws://开头的地址；
请求头Upgrade: websocket和Connection: Upgrade表示这个连接将要被转换为WebSocket连接；
Sec-WebSocket-Key是用于标识这个连接，并非用于加密数据；
Sec-WebSocket-Version指定了WebSocket的协议版本。

随后，服务器如果接受该请求，就会返回如下响应：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: server-random-string

该响应代码101表示本次连接的HTTP协议即将被更改，更改后的协议就是Upgrade: websocket指定的WebSocket协议。

为了创建Websocket连接，需要通过浏览器发出请求，之后服务器进行回应，这个过程通常称为“握手”（handshaking）

版本号和子协议规定了双方能理解的数据格式，以及是否支持压缩等等。如果仅使用WebSocket的API，就不需要关心这些。

现在，一个WebSocket连接就建立成功，浏览器和服务器就可以随时主动发送消息给对方。消息有两种，一种是文本，一种是二进制数据。通常，我们可以发送JSON格式的文本，这样，在浏览器处理起来就十分容易。

为什么WebSocket连接可以实现全双工通信而HTTP连接不行呢？实际上HTTP协议是建立在TCP协议之上的，TCP协议本身就实现了全双工通信，但是HTTP协议的请求－应答机制限制了全双工通信。WebSocket连接建立以后，其实只是简单规定了一下：接下来，咱们通信就不使用HTTP协议了，直接互相发数据吧。

HTTP协议与websocket协议对比：

初识websocket及java服务端的简单实现第1张

WebSocket目前支持两种统一资源标志符ws和wss，类似于HTTP和HTTPS。

浏览器支持：

很显然，要支持WebSocket通信，浏览器得支持这个协议，这样才能发出ws://xxx的请求。目前，支持WebSocket的主流浏览器如下：

Chrome
Firefox
IE >= 10
Sarafi >= 6
Android >= 4.4
iOS >= 8

客户端简单实现：

新建websocket.html

<!DOCTYPE HTML>
<html>
   <head>
   <meta charset="utf-8">
   <title>websocket 客户端</title>
    
      <script type="text/javascript">
         function WebSocketTest()
         {
            if ("WebSocket" in window)
            {
               alert("您的浏览器支持 WebSocket!");
               
               // 创建一个 websocket
               var ws = new WebSocket("ws://localhost:8887");
                
               ws.onopen = function()
               {
                  // Web Socket 已连接上，使用 send() 方法发送数据
                  ws.send("发送数据");
                  alert("数据发送中...");
               };
                
               ws.onmessage = function (evt) 
               { 
                  var received_msg = evt.data;
                  alert("数据已接收...");
               };
                
               ws.onclose = function()
               { 
                  // 关闭 websocket
                  alert("连接已关闭..."); 
               };
            }
            
            else
            {
               // 浏览器不支持 WebSocket
               alert("您的浏览器不支持 WebSocket!");
            }
         }
      </script>
        
   </head>
   <body>
   
      <div id="sse">
         <a href="javascript:WebSocketTest()">运行 WebSocket</a>
      </div>
      
   </body>
</html>

客户端API:

WebSocket 属性

以下是 WebSocket 对象的属性。假定我们使用了以上代码创建了 Socket 对象：

属性

描述

Socket.readyState

只读属性 readyState 表示连接状态，可以是以下值：

0 - 表示连接尚未建立。

1 - 表示连接已建立，可以进行通信。

2 - 表示连接正在进行关闭。

3 - 表示连接已经关闭或者连接不能打开。

Socket.bufferedAmount

只读属性 bufferedAmount 已被 send() 放入正在队列中等待传输，但是还没有发出的 UTF-8 文本字节数。

WebSocket 事件

以下是 WebSocket 对象的相关事件。假定我们使用了以上代码创建了 Socket 对象：

事件	事件处理程序	描述
open	Socket.onopen	连接建立时触发
message	Socket.onmessage	客户端接收服务端数据时触发
error	Socket.onerror	通信发生错误时触发
close	Socket.onclose	连接关闭时触发

WebSocket 方法

以下是 WebSocket 对象的相关方法。假定我们使用了以上代码创建了 Socket 对象：

方法	描述
Socket.send()	使用连接发送数据
Socket.close()	关闭连接

JAVA 服务端实现：

maven依赖

<dependency>
  <groupId>org.java-websocket</groupId>
  <artifactId>Java-WebSocket</artifactId>
  <version>1.4.0</version>
</dependency>

服务端示例：ServerDemo.java

import org.java_websocket.WebSocket;
import org.java_websocket.handshake.ClientHandshake;
import org.java_websocket.server.WebSocketServer;

import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.UnknownHostException;

/**
 * @Author 99514925@qq.com
 * @Create 2020/2/3 23:03
 **/
public class ServerDemo extends WebSocketServer {


    public ServerDemo() throws UnknownHostException {
    }

    public ServerDemo(int port) throws UnknownHostException {
        super(new InetSocketAddress(port));
        System.out.println("websocket Server start at port:"+port);
    }


    /**
     * 触发连接事件
     */
    @Override
    public void onOpen(WebSocket conn, ClientHandshake clientHandshake) {
        System.out.println("new connection ===" + conn.getRemoteSocketAddress().getAddress().getHostAddress());
    }

    /**
     *
     * 连接断开时触发关闭事件
     */
    @Override
    public void onClose(WebSocket conn, int code, String reason, boolean remote) {

    }

    /**
     * 客户端发送消息到服务器时触发事件
     */
    @Override
    public void onMessage(WebSocket conn, String message) {
        System.out.println("you have a new message: "+ message);
        //向客户端发送消息
        conn.send(message);
    }

    /**
     * 触发异常事件
     */
    @Override
    public void onError(WebSocket conn, Exception e) {
        //e.printStackTrace();
        if( conn != null ) {
            //some errors like port binding failed may not be assignable to a specific websocket
        }
    }

    /**
     * 启动服务端
     * @param args
     * @throws UnknownHostException
     */
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        new ServerDemo(8887).start();
    }
}

由于WebSocket是一个协议，服务器具体怎么实现，取决于所用编程语言和框架本身。

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