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spring boot 中如何使用Websocket

發布時間:2021-07-30 13:52:05 來源:億速云 閱讀:193 作者:Leah 欄目:大數據
# Spring Boot 中如何使用WebSocket

## 1. WebSocket 簡介

### 1.1 什么是WebSocket
WebSocket是一種在單個TCP連接上進行全雙工通信的協議,它允許服務端主動向客戶端推送數據。與傳統的HTTP請求-響應模式不同,WebSocket提供了持久化的連接,使得客戶端和服務器之間的數據交換變得更加高效。

### 1.2 WebSocket與HTTP的區別
| 特性          | WebSocket                     | HTTP                     |
|---------------|-------------------------------|--------------------------|
| 通信模式       | 全雙工                        | 半雙工(請求-響應)       |
| 連接持續時間   | 持久化                        | 短暫(每次請求后關閉)    |
| 頭部開銷       | 初始握手后基本無頭部           | 每次請求都攜帶完整頭部    |
| 適用場景       | 實時應用(聊天、游戲等)       | 傳統網頁內容獲取          |

### 1.3 WebSocket的應用場景
- 實時聊天應用
- 在線協作編輯工具
- 多人在線游戲
- 股票行情實時推送
- IoT設備狀態監控

## 2. Spring Boot集成WebSocket

### 2.1 添加依賴
在`pom.xml`中添加以下依賴:

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

2.2 配置WebSocket

創建配置類啟用WebSocket支持:

@Configuration
@EnableWebSocket
public class WebSocketConfig implements WebSocketConfigurer {

    @Override
    public void registerWebSocketHandlers(WebSocketHandlerRegistry registry) {
        registry.addHandler(myHandler(), "/ws")
                .setAllowedOrigins("*");
    }

    @Bean
    public WebSocketHandler myHandler() {
        return new MyWebSocketHandler();
    }
}

2.3 實現WebSocket處理器

創建自定義處理器處理消息:

public class MyWebSocketHandler extends TextWebSocketHandler {
    
    private static final List<WebSocketSession> sessions = new CopyOnWriteArrayList<>();

    @Override
    public void afterConnectionEstablished(WebSocketSession session) {
        sessions.add(session);
        System.out.println("New connection: " + session.getId());
    }

    @Override
    protected void handleTextMessage(WebSocketSession session, TextMessage message) {
        String payload = message.getPayload();
        System.out.println("Received: " + payload);
        
        // 廣播消息給所有客戶端
        for (WebSocketSession s : sessions) {
            try {
                s.sendMessage(new TextMessage("Echo: " + payload));
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    @Override
    public void afterConnectionClosed(WebSocketSession session, CloseStatus status) {
        sessions.remove(session);
        System.out.println("Connection closed: " + session.getId());
    }
}

3. 高級配置與功能

3.1 STOMP協議支持

添加STOMP子協議支持:

@Configuration
@EnableWebSocketMessageBroker
public class WebSocketStompConfig implements WebSocketMessageBrokerConfigurer {

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

    @Override
    public void registerStompEndpoints(StompEndpointRegistry registry) {
        registry.addEndpoint("/ws-stomp")
                .setAllowedOrigins("*")
                .withSockJS();
    }
}

3.2 使用SockJS實現降級兼容

當瀏覽器不支持WebSocket時,SockJS會自動降級使用其他技術:

registry.addEndpoint("/ws")
       .withSockJS();

3.3 消息攔截器

實現握手攔截器:

public class AuthHandshakeInterceptor implements HandshakeInterceptor {

    @Override
    public boolean beforeHandshake(ServerHttpRequest request, 
                                  ServerHttpResponse response,
                                  WebSocketHandler wsHandler,
                                  Map<String, Object> attributes) {
        // 驗證邏輯
        return true; // 返回false拒絕連接
    }

    @Override
    public void afterHandshake(ServerHttpRequest request, 
                              ServerHttpResponse response,
                              WebSocketHandler wsHandler,
                              Exception exception) {
    }
}

注冊攔截器:

registry.addHandler(myHandler(), "/ws")
       .addInterceptors(new AuthHandshakeInterceptor());

4. 客戶端實現

4.1 JavaScript客戶端

const socket = new WebSocket('ws://localhost:8080/ws');

socket.onopen = () => {
    console.log('Connected');
    socket.send('Hello Server!');
};

socket.onmessage = (event) => {
    console.log('Received: ' + event.data);
};

socket.onclose = () => {
    console.log('Disconnected');
};

4.2 Java客戶端

使用WebSocketClient

WebSocketClient client = new StandardWebSocketClient();
WebSocketSession session = client.doHandshake(
    new WebSocketHandler() { /*...*/ },
    "ws://localhost:8080/ws"
).get();

5. 性能優化與安全

5.1 性能調優

  • 設置消息緩沖區大?。?
    
    registry.setMessageSizeLimit(128 * 1024); // 128KB
    
  • 使用二進制消息替代文本消息減少體積
  • 實現心跳機制保持連接

5.2 安全措施

  • 啟用CSRF防護
  • 限制消息頻率防止DoS攻擊
  • 實現身份驗證
  • 使用WSS(WebSocket Secure)

6. 常見問題與解決方案

6.1 連接失敗排查

  1. 檢查服務端是否啟動
  2. 驗證端點路徑是否正確
  3. 檢查跨域配置
  4. 查看服務器日志

6.2 消息丟失處理

  • 實現消息確認機制
  • 添加重試邏輯
  • 使用持久化消息隊列

6.3 集群環境下的挑戰

解決方案: - 使用Redis廣播消息

  @Configuration
  @EnableRedisRepositories
  public class RedisConfig {
      
      @Bean
      public RedisMessageListenerContainer redisContainer(RedisConnectionFactory factory) {
          RedisMessageListenerContainer container = new RedisMessageListenerContainer();
          container.setConnectionFactory(factory);
          return container;
      }
  }
  • 采用專業的消息中間件如RabbitMQ

7. 實戰案例:構建聊天室

7.1 服務端實現

@Controller
public class ChatController {

    @MessageMapping("/chat.send")
    @SendTo("/topic/public")
    public ChatMessage sendMessage(@Payload ChatMessage message) {
        return message;
    }

    @MessageMapping("/chat.join")
    @SendTo("/topic/public")
    public ChatMessage join(@Payload ChatMessage message, 
                          SimpMessageHeaderAccessor headerAccessor) {
        headerAccessor.getSessionAttributes().put("username", message.getSender());
        return message;
    }
}

7.2 前端頁面

<div id="chat">
    <input type="text" id="message" />
    <button onclick="send()">Send</button>
    <div id="messages"></div>
</div>

<script>
    const stompClient = new StompJs.Client({
        brokerURL: 'ws://localhost:8080/ws-stomp'
    });
    
    stompClient.onConnect = () => {
        stompClient.subscribe('/topic/public', (message) => {
            showMessage(JSON.parse(message.body));
        });
    };
    
    function send() {
        const message = document.getElementById('message').value;
        stompClient.publish({
            destination: '/app/chat.send',
            body: JSON.stringify({'content': message})
        });
    }
</script>

8. 測試與監控

8.1 單元測試

@SpringBootTest
class WebSocketTests {

    @Autowired
    private WebSocketHandler handler;

    @Test
    void testMessageHandling() throws Exception {
        TestWebSocketSession session = new TestWebSocketSession();
        handler.afterConnectionEstablished(session);
        
        TextMessage message = new TextMessage("test");
        handler.handleMessage(session, message);
        
        assertEquals(1, session.getSentMessages().size());
    }
}

8.2 監控指標

暴露WebSocket統計信息:

@Bean
public WebSocketMetrics webSocketMetrics() {
    return new WebSocketMetrics();
}

9. 總結與最佳實踐

9.1 核心要點總結

  • WebSocket實現了真正的全雙工通信
  • Spring Boot通過spring-boot-starter-websocket簡化集成
  • STOMP協議提供了更高級的消息模式
  • SockJS保證了兼容性

9.2 推薦實踐

  1. 為生產環境始終使用WSS
  2. 實現合理的心跳機制
  3. 限制單個連接的消息頻率
  4. 使用DTO對象而非原始字符串
  5. 考慮實現消息持久化

9.3 擴展學習方向

  • 研究RSocket協議
  • 學習WebRTC技術
  • 探索gRPC的雙向流
  • 了解Quarkus的響應式WebSocket實現

附錄:完整配置示例

@Configuration
@EnableWebSocketMessageBroker
public class FullWebSocketConfig implements WebSocketMessageBrokerConfigurer {

    @Override
    public void configureMessageBroker(MessageBrokerRegistry registry) {
        registry.enableStompBrokerRelay("/topic", "/queue")
                .setRelayHost("rabbitmq-host")
                .setRelayPort(61613);
        
        registry.setApplicationDestinationPrefixes("/app");
    }

    @Override
    public void registerStompEndpoints(StompEndpointRegistry registry) {
        registry.addEndpoint("/ws-full")
                .setHandshakeHandler(new CustomHandshakeHandler())
                .addInterceptors(new AuthInterceptor())
                .setAllowedOrigins("*")
                .withSockJS();
    }

    @Override
    public void configureWebSocketTransport(WebSocketTransportRegistration registry) {
        registry.setMessageSizeLimit(512 * 1024)
                .setSendTimeLimit(10000)
                .setSendBufferSizeLimit(1024 * 1024);
    }
}

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