1. Введение

1.1 Что такое вебсокет

WebSocket — это протокол, используемый для установления двустороннего соединения в реальном времени между веб-приложением и сервером.

Он обеспечивает постоянные соединения через одно TCP-соединение, что позволяет веб-приложениям доставлять данные в более реальном времени.

Протокол WebSocket был первоначально разработан W3C и стал стандартом в 2011 году.

1.2 Преимущества и недостатки WebSocket

К преимуществам WebSocket относятся:

• В реальном времени: Благодаря постоянному соединению WebSocket он может осуществлять передачу данных в реальном времени, избегая ситуации, когда веб-приложению необходимо постоянно отправлять запросы для получения последних данных.
• Двусторонняя связь: Протокол WebSocket поддерживает двустороннюю связь, что означает, что сервер может активно отправлять данные клиенту без отправки клиентом запроса.
• Уменьшите нагрузку на сеть: Благодаря постоянным соединениям WebSocket он может уменьшить количество HTTP-запросов, тем самым снижая нагрузку на сеть.

К недостаткам WebSocket относятся:

• И браузер, и сервер должны поддерживать: WebSocket — относительно новая технология, требующая поддержки как браузера, так и сервера. Некоторые старые браузеры и серверы могут не поддерживать WebSocket.
• Требуются дополнительные накладные расходы: WebSocketДолжен поддерживаться на сервере в течение длительного времени.изсоединять,Это требует дополнительных накладных расходов,Включая память и процессор.
• Контрольный вопрос: Поскольку WebSocket позволяет серверу заранее отправлять данные клиенту, могут возникнуть проблемы с безопасностью. Сервер должен гарантировать, что он отправляет данные только законным клиентам.

2. Основные понятия WebSocket

2.1 Протокол веб-сокета

Протокол WebSocket — это протокол на основе TCP, используемый для установления постоянного соединения между клиентом и сервером и позволяющий обмениваться данными по этому соединению в режиме реального времени. Протокол WebSocket имеет собственный протокол установления соединения и собственный формат передачи данных.

Когда клиент отправляет запрос WebSocket, сервер отправляет ответ протокола для подтверждения запроса. Во время рукопожатия клиент и сервер согласовывают используемую версию протокола, поддерживаемые подпротоколы, поддерживаемые параметры расширения и т. д. После завершения рукопожатия соединение остается открытым, и клиент и сервер могут передавать данные по соединению в режиме реального времени.

Протокол WebSocket использует двустороннюю передачу данных, то есть и клиент, и сервер могут отправлять данные друг другу в любое время, не дожидаясь запроса другой стороны. Он поддерживает двоичные и текстовые данные и может свободно конвертировать их.

Короче говоря, протокол WebSocket — это надежный, эффективный, двусторонний и долговечный протокол связи. Он подходит для веб-приложений, требующих связи в реальном времени, таких как онлайн-игры, чат в реальном времени и т. д.

2.2 Жизненный цикл WebSocket

Жизненный цикл WebSocket описывает процесс соединения WebSocket от создания до закрытия. Соединение WebSocket состоит из следующих четырех основных этапов:

• Установление соединения: На этом этапе отношения между клиентом и сервером WebSocket Соединение установлено. Клиент отправляет WebSocket Запрос на рукопожатие, сервер отвечает ответом на рукопожатие, и соединение устанавливается.
• Соединение Открытая фаза: На этом этапе WebSocket Соединение установлено и открыто, и клиент и сервер могут отправлять данные друг другу по соединению.
• Закрытие соединения: На этом этапе WebSocket Соединение скоро будет закрыто. Он может быть инициирован клиентом или сервером путем отправки кадра закрытия для закрытия соединения.
• Соединение закрыто: На этом этапе WebSocket Соединение полностью закрыто. Любое взаимодействие между клиентом и сервером будет недействительным.

«Следует отметить, что соединение WebSocket может быть закрыто в любой момент. Например, сбой сети, сбой сервера и т. д. может привести к закрытию соединения. Поэтому необходимо обрабатывать событие закрытия соединения WebSocket в своевременно для обеспечения надежности и стабильности приложения.

Ниже приведена простая диаграмма жизненного цикла WebSocket:

На этой схеме клиент отправляет серверу запрос на подтверждение связи WebSocket, сервер отвечает ответом на подтверждение установления соединения, и соединение устанавливается.

Как только соединение установлено, клиент и сервер могут отправлять данные друг другу по соединению до тех пор, пока одна из сторон не отправит кадр закрытия для закрытия соединения.

После получения кадра закрытия соединение закрывается, а соединение WebSocket закрывается.

2.3 Формат сообщения WebSocket

Формат сообщения WebSocket отличается от формата HTTP-запросов и ответов.

Формат сообщения WebSocket может представлять собой текстовые или двоичные данные, а передача сообщений WebSocket выполняется по уже установленному соединению, поэтому нет необходимости выполнять операцию установления связи HTTP-запроса и ответа.

Формат сообщения WebSocket состоит из двух частей: заголовка и тела сообщения.

Заголовок сообщения содержит следующую информацию:

• FIN： Указывает, что это полное сообщение, обычно 1.
• RSV1、RSV2、RSV3： В данный момент не используется, обычно 0.
• Opcode： Указывает тип сообщения, включая текстовое сообщение, двоичное сообщение и т. д.
• Mask： Указывает, зашифровано ли сообщение.
• Payload length： Указывает длину тела сообщения.
• Masking key： Появляется только тогда, когда сообщение необходимо зашифровать, и используется для расшифровки сообщения.

Тело сообщения — это фактически передаваемые данные, которые могут быть текстовыми или двоичными.

2.4 API веб-сокетов

API WebSocket — это набор интерфейсов для создания соединений WebSocket и управления ими в веб-приложениях. API WebSocket изначально поддерживается браузером и может использоваться непосредственно в JavaScript без использования дополнительных библиотек или платформ JavaScript.

Вот некоторые часто используемые API WebSocket:

WebSocket Конструктор: WebSocket Конструктор используется для создания WebSocket объект. он принимает URL В качестве параметра он представляет WebSocket Адрес сервера. Например:

let ws = new WebSocket('ws://example.com/ws');

WebSocket.send() метод: WebSocket.send() Метод используется для отправки данных на сервер. Он принимает параметр, представляющий данные для отправки. Данные могут быть строковыми или Blob. объект или ArrayBuffer объект. Например:

ws.send('Hello, server!');

WebSocket.onopen событие: WebSocket.onopen событие в WebSocket Срабатывает, когда соединение успешно установлено. Например:

ws.onopen = function() {
  console.log('WebSocket Соединение установлено. ');
};

WebSocket.onmessage событие: WebSocket.onmessage событие в Срабатывает при получении сообщения, отправленного сервером. это из event Объект содержит data Свойства, представляющие полученные данные. Например:

ws.onmessage = function(event) {
  console.log('Получено сообщение сервера:', event.data);
};

WebSocket.onerror событие: WebSocket.onerror событие в WebSocket Запускается при возникновении ошибки соединения. Например:

ws.onerror = function(event) {
  console.error('WebSocket Ошибка подключения: ', event);
};

WebSocket.onclose событие: WebSocket.onclose событие в WebSocket Вызывается при закрытии соединения. Например:

ws.onclose = function() {
  console.log('WebSocket Соединение закрыто. ');
};

Выше приведены некоторые часто используемые API WebSocket.

3. Использование WebSocket в Java

полагаться:

<dependency>
    <groupId>javax.websocket</groupId>
    <artifactId>javax.websocket-api</artifactId>
    <version>1.1</version>
</dependency>

3.1 Использование Java WebSocket API для написания сервера WebSocket

Ниже приведен пример кода для написания сервера WebSocket с использованием API Java WebSocket:

import javax.websocket.*;
import javax.websocket.server.ServerEndpoint;
import java.io.IOException;
 
@ServerEndpoint("/echo")
public class EchoServer {
 
    @OnOpen
    public void onOpen(Session session) {
        System.out.println("WebSocket Соединение установлено. ");
    }
 
    @OnMessage
    public void onMessage(String message, Session session) throws IOException {
        System.out.println("Получено клиентское сообщение:" + message);
        session.getBasicRemote().sendText("Сервер получил сообщение:" + message);
    }
 
    @OnClose
    public void onClose() {
        System.out.println("WebSocket Соединение закрыто. ");
    }
 
    @OnError
    public void onError(Throwable t) {
        System.out.println("WebSocket Ошибка подключения: " + t.getMessage());
    }
}

В этом примере кода определяется конечная точка WebSocket с именем «echo», которая прослушивает сообщения от клиента и возвращает полученные сообщения клиенту.

В частности, он использует @ServerEndpoint аннотация для указания WebSocket конечная точка URL, использованный @OnOpen、@OnMessage、@OnClose и @OnError аннотация для определения WebSocket обработчик событий.

Чтобы использовать этот сервер WebSocket, нам необходимо развернуть его в веб-контейнере, поддерживающем WebSocket.

Например, мы можем использовать Tomcat 8 или выше для его запуска. После завершения развертывания мы можем использовать любой клиент, поддерживающий WebSocket, для подключения к этому серверу, отправки сообщений и получения ответов от сервера.

Например, вот простой клиентский код HTML/JavaScript:

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>WebSocket Demo</title>
    <script>
        var ws = new WebSocket('ws://localhost:8080/echo');
        ws.onopen = function() {
            console.log('WebSocket Соединение установлено. ');
            ws.send('Hello, server!');
        };
        ws.onmessage = function(event) {
            console.log('Получено сообщение сервера:', event.data);
        };
        ws.onerror = function(event) {
            console.error('WebSocket Ошибка подключения: ', event);
        };
        ws.onclose = function() {
            console.log('WebSocket Соединение закрыто. ');
        };
    </script>
</head>
<body>
    <h1>WebSocket Demo</h1>
</body>
</html>

Этот клиент использует конструктор WebSocket для создания объекта WebSocket и указывает URL-адрес подключения как URL-адрес сервера, который мы развернули ранее.

Он использует обработчик событий WebSocket для обработки событий WebSocket. Например, когда соединение WebSocket успешно установлено, он отправит сообщение на сервер и распечатает содержимое сообщения при получении ответа от сервера.

3.2 Написание клиента WebSocket с использованием Java WebSocket API

Вот пример кода для написания клиента WebSocket с использованием API Java WebSocket:

import javax.websocket.*;
import java.io.IOException;
import java.net.URI;
 
@ClientEndpoint
public class EchoClient {
 
    private Session session;
 
    @OnOpen
    public void onOpen(Session session) {
        System.out.println("WebSocket Соединение установлено. ");
        this.session = session;
    }
 
    @OnMessage
    public void onMessage(String message, Session session) {
        System.out.println("Получено сообщение сервера:" + message);
    }
 
    @OnClose
    public void onClose() {
        System.out.println("WebSocket Соединение закрыто. ");
    }
 
    @OnError
    public void onError(Throwable t) {
        System.out.println("WebSocket Ошибка подключения: " + t.getMessage());
    }
 
    public void connect(String url) throws Exception {
        WebSocketContainer container = ContainerProvider.getWebSocketContainer();
        container.connectToServer(this, new URI(url));
    }
 
    public void send(String message) throws IOException {
        session.getBasicRemote().sendText(message);
    }
 
    public void close() throws IOException {
        session.close();
    }
}

3.3. Использование Spring Boot для написания сервера WebSocket.

Создать проект Spring Boot

первый,Вам необходимо создать новыйизSpring Bootпроект。Может Использование Spring Initializr создает новый проект, добавляя зависимости.

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

Настройка веб-сокета

Требуется приложение, настройка веб-сокета.

Создайте новый класс Java.,и добавляйте комментарии@ServerEndpoint("/websocket")。Это укажетWebSocketСерверизконечная точка。

На этом занятии необходимо реализовать несколько задач:

import javax.websocket.OnClose;
import javax.websocket.OnMessage;
import javax.websocket.OnOpen;
import javax.websocket.Session;
import javax.websocket.server.ServerEndpoint;
 
@ServerEndpoint("/websocket")
public class WebSocketServer {
 
    @OnOpen
    public void onOpen(Session session) {
        System.out.println("Connection opened: " + session.getId());
        sessions.add(session);
    }
 
    @OnMessage
    public void onMessage(Session session, String message) throws IOException {
        System.out.println("Received message: " + message);
        session.getBasicRemote().sendText("Server received: " + message);
    }
 
    @OnClose
    public void onClose(Session session) {
        System.out.println("Connection closed: " + session.getId());
        sessions.remove(session);
    }
 
    private static final Set<Session> sessions = Collections.synchronizedSet(new HashSet<Session>());
}

Обработка сообщений WebSocket

существовать@OnMessageв методе,Может обрабатывать отправку сообщений клиентами WebSocket.,и отправить ответ клиенту. Ниже приведен простой пример кода:

@OnMessage
public void onMessage(Session session, String message) throws IOException {
    System.out.println("Received message: " + message);
    session.getBasicRemote().sendText("Server received: " + message);
}

В этом коде мы просто распечатываем полученное сообщение и отправляем ответ клиенту.

Закрыть соединение WebSocket

существовать@OnCloseв методе,Вы можете удалить соединение и выполнить некоторую очистку. Вот пример кода:

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

В этом коде мы удаляем соединение из пула соединений и распечатываем сообщение о закрытии соединения.

Настройка веб-сокетаподдерживать

Наконец, вам нужно настроить Spring BootкподдерживатьWebSocket。Создайте новый класс Java.,и добавляйте комментарии@Configurationи@EnableWebSocket。Затем,Необходимо переопределить методregisterWebSocketHandlers(),и укажите обработчик WebSocket. Вот пример кода:

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 WebSocketServer(), "/websocket").setAllowedOrigins("*");
    }
}

в этом коде,Мы создали новыйизWebSocketServerобъект,и добавьте его вWebSocketОбработка。Мы также уточнилиWebSocketконечная точка（/websocket）ипозволятьизисточник（*）。

4. Формат сообщения WebSocket.

4.1 Текстовые сообщения и двоичные сообщения

Текстовые сообщения представляют собой простые текстовые строки в формате Unicode. Когда соединение WebSocket установлено,клиентисервер Можетотправив текстинформацияобмениваться информацией друг с другом。сервер МожетиспользоватьSessionобъектизgetBasicRemote()Метод отправки текстового сообщения клиенту,клиент МожетиспользоватьWebSocketизsend()Метод отправки текстового сообщения на сервер。

Вот пример кода для отправки текстового сообщения клиенту:

session.getBasicRemote().sendText("Hello, client!");

Двоичные сообщения могут представлять собой данные любого типа.,Включая изображения, аудио, видео и т. д. Чтобы отправить двоичное сообщение клиенту,сервер МожетиспользоватьSessionобъектизgetBasicRemote()метод,Отправьте сообщение как объект ByteBuffer. Клиент может отправлять двоичные сообщения на сервер с помощью метода send() WebSocket.

Вот пример кода для отправки двоичного сообщения клиенту:

byte[] data = // binary data
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(data);
session.getBasicRemote().sendBinary(buffer);

пожалуйста, обрати внимание,Хотя текстовые сообщения и двоичные сообщения различаются по формату,Но все они отправляют сообщения разных типов через WebSocket.,Следовательно, и клиент, и сервер должны иметь возможность обрабатывать оба типа сообщений.

4.2 Сообщения пинг-понг

WebSocket также поддерживает тип сообщения PingиPong, который используется для определения того, активно ли соединение WebSocket.

Сообщения Ping отправляются клиентом на сервер, а сообщения Pong отправляются обратно клиенту сервером в ответ.

Если клиент не получает сообщение Pong в течение определенного периода времени, он может предположить, что соединение WebSocket разорвано, и закрыть соединение.

Чтобы отправить сообщение Ping,пожалуйстаиспользоватьSessionобъектизgetBasicRemote()метод,И отправьте сообщение Ping как объект ByteBuffer.

клиент МожетиспользоватьWebSocketизsendPing()метод来向сервер发送Pingинформация。

Вот пример кода для отправки сообщения Ping клиенту:

ByteBuffer pingMessage = ByteBuffer.wrap(new byte[] { 8, 9, 10 });
session.getBasicRemote().sendPing(pingMessage);

Чтобы получать сообщения Pong,пожалуйстасуществоватьтыизWebSocketОбработкавыполнитьonPong()метод。

Когда ваш сервер WebSocket получает сообщение Pong, он автоматически вызывает этот метод и передает ему полученное сообщение Pong как объект ByteBuffer.

Ниже приведен пример кода, реализующего метод onPong():

@OnMessage
public void onPong(Session session, ByteBuffer pongMessage) {
    System.out.println("Received Pong message: " + pongMessage);
}

пожалуйста, обрати внимание,Сообщения PingиPong обычно используются для проверки работоспособности соединения WebSocket.

Если вы хотите использовать эту функцию с соединением WebSocket, вам следует периодически отправлять сообщения Ping и ждать ответа от сообщений Pong.

4.3 Закрыть сообщение

WebSocketвозвращатьсяподдерживать Закрыть сообщениетип,используется для Закрыть соединение WebSocket。

Закрыть Сообщение может быть инициировано клиентом или сервером и может содержать необязательный код состояния и причину закрытия. Когда соединение WebSocket закрывается, и клиент, и сервер должны отправить сообщение Закрыть. сообщение, чтобы завершить соединение.

отправить Закрыть сообщение,пожалуйстаиспользоватьSessionобъектизgetBasicRemote()метод,и назови этоизsendClose()метод。

Закрыть сообщение может содержать необязательный код статуса и причину закрытия. Если вы не хотите, чтобы код состояния или причина завершения работы отправлялись, вы можете установить для них значение 0–null.

Вот пример кода для отправки клиенту сообщения о завершении работы:

session.close(new CloseReason(CloseReason.CloseCodes.NORMAL_CLOSURE, "Closing from client."));

Обработать полученное из Закрыть сообщение,пожалуйстасуществоватьтыизWebSocketОбработкавыполнитьonClose()метод。

Когда ваш сервер изWebSocket получит Закрыть сообщениечас,Он автоматически вызовет этот метод,И передайте ему полученный код статуса и причину закрытия.

Вот реализацияonClose()методиз Пример кода：

@OnClose
public void onClose(Session session, CloseReason closeReason) {
    System.out.println("Connection closed: " + closeReason.getCloseCode() + " - " + closeReason.getReasonPhrase());
}

пожалуйста, обрати внимание,клиенти Сервер должен отправить Закрыть сообщение, чтобы завершить соединение WebSocket.

Если только одна сторона отправляет сообщение о закрытии, другая сторона может не закрыть соединение должным образом, и ей, возможно, придется дождаться тайм-аута, прежде чем ресурсы будут освобождены.

Рекомендуется, чтобы и клиент, и сервер отправляли Закрыть сообщение при закрытии соединения, чтобы убедиться, что соединение закрыто правильно.

5. Производительность WebSocket

5.1 Сравнение с традиционной моделью HTTP-запрос/ответ

• Улучшенная производительность двусторонней связи: WebSocketпротоколиспользоватьодинокийизTCPсоединять,Позволяет клиенту и серверу обмениваться данными в двух направлениях по одному и тому же соединению. Эта двусторонняя связь в режиме реального времени передает данные быстрее.,Без необходимости устанавливать несколько соединений HTTP-запросов/ответов.
• Меньший сетевой трафик: По сравнению с HTTP, протокол WebSocket требует меньше сетевого трафика для поддержания соединения, поскольку он не требует отправки информации заголовка при каждом обмене запросами/ответами.
• Меньшая задержка: Протокол WebSocket позволяет серверу активно отправлять сообщения клиенту, не требуя от клиента предварительной отправки запроса. Такая связь в реальном времени уменьшает задержку ответа и повышает производительность приложений.
• Лучшее управление ресурсами сервера: потому чтоWebSocketсоединять Можетоставаться активным,Серверы могут лучше управлять клиентскими соединениями,Уменьшите нагрузку на сервер и время обработки.

Протокол WebSocket работает лучше, чем традиционная модель HTTP-запроса/ответа.,Особенно с точки зрения связи в реальном времени и низкой задержки. Протокол WebSocket подходит для приложений, которым требуется связь в реальном времени и обновление данных в реальном времени.,нравитьсясуществоватьонлайн-чат、Мультиплеер、Мониторинг в реальном времени и т. д.

5.2 Оптимизация производительности WebSocket

• Уменьшите размер сообщения: WebSocket передача инфекциииз Размер данных оказывает большое влияние на производительность。постарайтесь свести к минимумуинформацияизразмер,Может снизить пропускную способность сети и нагрузку на сервер. Например,Можно использовать протокол двоичной передачи вместо текстовой передачи.,Или используйте алгоритм сжатия для сжатия сообщения.
• Используйте CDN для ускорения: использовать CDN (сеть распространения контента) может кэшировать статические ресурсы на узлах, находящихся ближе к пользователям, для повышения скорости и производительности передачи. CDN Можно кэшировать Websocket изпервоначальное рукопожатиепожалуйстапросить,избегать ненужныхиззадержка сети。
• Используйте балансировку нагрузки: WebSocket Службы могут использовать балансировку нагрузки для распределения и балансировки нагрузки между несколькими серверами. Балансировка нагрузки предотвращает перегрузку отдельных серверов и улучшает общую масштабируемость сервиса.
• Оптимизируйте серверный код: WebSocket Производительность серверного кода также является ключевым фактором. Эффективность структуры и алгоритма, позволяющая избежать чрезмерного использования памяти. CPU Ресурсы могут улучшить производительность сервера и скорость ответа.
• Избегайте перегрузки сети: WebSocket На производительность также влияет перегрузка сети. Производительность сервера снижается, когда слишком много соединений запрашивают данные одновременно. использовать подходящий из пула потоков и асинхронный IO операция может избежать перегрузки сети и улучшить WebSocket Параллельная работа службы.

6. Расширенные приложения и будущие направления развития WebSocket.

• Более полные стандарты и спецификации: WebSocket В стандартах и ​​спецификациях еще есть много областей для оптимизации, и они могут продолжать совершенствоваться в будущем. WebSocket стандарты для адаптации к более сложным сценариям применения.
• Более безопасный способ общения: потому что WebSocket из Открытость,что делает его потенциально подверженным некоторым угрозам безопасности,В будущем шифрование может быть、Аутентификацияулучшить WebSocket безопасность.
• Лучшая совместимость: WebSocket Соглашение должно быть в HTTP Соединение устанавливается на основе протокола, поэтому могут возникнуть проблемы совместимости, которые в будущем могут быть решены техническими средствами.
• Лучше по производительности и масштабируемости: WebSocket Производительность и масштабируемость протокола очень важны для сложных сценариев приложений и в будущем могут быть улучшены с помощью технических средств. WebSocket из Производительность и Масштабируемость.

И последнее слово (обратите внимание! Не занимайтесь блудством зря!)

Если эта статья оказалась для вас полезной или вдохновляющей, нажмите три раза: «Мне нравится», «Переслать» и «Читать».

сосредоточиться на Официальный аккаунт：woniuxgg,существовать Официальный аккаунт Ответить в：примечания  Вы можете получить практические заметки по Java, тщательно подготовленные для вас компанией Snail, ответить на интервью, получить руководства по разработке и получить потрясающие преимущества для поклонников!