分布式websocket实时通讯的session共享问题

目录

1.需求

2.前置条件和要求

3.方案分析

3.1.方案1：session共享存储到redis数据库

3.2.方案2：采用mongo生命周期的AbstractMongoEventListener

3.3.方案3：引入redis等MQ组件，发送广播消息

3.4.方案4：采用change stream方式同步数据

4.基于change stream方式实现分布式下websocket的消息推送

4.1.pom.xml引入mongodb启动器

4.2.配置类增加自定义bean

4.3.实现监听中的回调函数

5.mongodb的单机模式下也可采用AbstractMongoEventListener方式

6.文档推荐

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1.需求

就一句话：在多个springboot进程和多节点Mongo副本集集群的基础上，解决websocket的session共享问题。

2.前置条件和要求

1.多节点的Mongo副本集集群

2.单一的springboot服务的多个副本，也就是多个相同的springboot进程

3.要求实时性高，拒绝定时器（主要是有窗口期，消耗的资源伤不起），无论是前端定时还是后端定时。

3.方案分析

3.1.方案1：session共享存储到redis数据库

方案不可行

原因：

Session无法采用Redis进行存储, 因为不能对Session进行序列化

那为什么Session无法进行序列化呢？

因为其中包含了一些不可序列化的对象，比如底层网络连接和线程相关的信息。这些信息无法被简单地序列化和反序列化，因此直接对 WebSocket session 进行序列化会导致一些问题，比如无法正确地恢复网络连接状态和线程状态。

3.2.方案2：采用mongo生命周期的AbstractMongoEventListener

方案不可行

原因：

AbstractMongoEventListener内部采用的是利用MongoDB的事件通知机制，在文档操作时触发相应的事件，然后监听器将收到事件通知并执行预定义的操作。

本质还是在Spring应用程序中注册监听器，从而实现对MongoDB文档生命周期事件的监听和处理，是基于单线程的，在多个springboot线程下，不能实现数据共享。

3.3.方案3：引入redis等MQ组件，发送广播消息

原理：

多进程同时监听消费MQ，当有消息需要推送的时候，发送MQ广播消息，每个springboot进程都能收到广播消息，然后检查进程缓存中的websocket session连接信息，推送消息。

方案可行

缺点：

1.需要引入第三方组件，增加代码复杂性

2.高可用环境下，增加运维难度，需要维护搭建MQ集群

3.4.方案4：采用change stream方式同步数据

MongoDB 从 3.6 版本开始提供订阅数据变更的功能，但仅限于mongo集群，包括mongo副本集模式和mongo分片模式

原理：

基于 oplog 实现的，提供推送实时增量的推送功能。它在 oplog 上开启一个 tailable cursor 来追踪所有复制集上的变更操作，最终调用应用中定义的回调函数

方案可行

4.基于change stream方式实现分布式下websocket的消息推送

4.1.pom.xml引入mongodb启动器

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

4.2.配置类增加自定义bean

import com.mongodb.client.model.changestream.FullDocument;
import com.xxx.listener.AlarmMessageListener;
import com.xxx.util.AESUtil;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.context.ApplicationEventPublisher;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.data.mongodb.MongoDatabaseFactory;
import org.springframework.data.mongodb.core.MongoTemplate;
import org.springframework.data.mongodb.core.SimpleMongoClientDatabaseFactory;
import org.springframework.data.mongodb.core.aggregation.Aggregation;
import org.springframework.data.mongodb.core.mapping.Document;
import org.springframework.data.mongodb.core.messaging.ChangeStreamRequest;
import org.springframework.data.mongodb.core.messaging.DefaultMessageListenerContainer;
import org.springframework.data.mongodb.core.messaging.MessageListener;
import org.springframework.data.mongodb.core.messaging.MessageListenerContainer;
import org.springframework.data.mongodb.core.query.Criteria;
 
import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.Executors;
@Configuration
public class MongoDBConfig {
 
    @Bean
    public MongoTemplate mongoTemplate() throws Exception {
        return new MongoTemplate(mongoDatabaseFactory());
    }
 
    @Autowired
    public ApplicationEventPublisher eventPublisher;
 
	@Bean
	@ConditionalOnProperty(name = "db.is-stand-alone", havingValue = "false")
	public MessageListenerContainer alarmMessageListenerContainer(MongoTemplate mongoTemplate) {
		AlarmMessageListener messageListener = new AlarmMessageListener(mongoTemplate, eventPublisher);
		return customMessageListenerContainer("alarm", mongoTemplate, messageListener);
	}
 
	private MessageListenerContainer customMessageListenerContainer(String collectionName,MongoTemplate template, MessageListener messageListener) {
 
		MessageListenerContainer messageListenerContainer = new DefaultMessageListenerContainer(template, Executors.newFixedThreadPool(5)) {
			@Override
			public boolean isAutoStartup() {
				return true;
			}
		};
		ChangeStreamRequest<Document> request = ChangeStreamRequest.builder(messageListener)
				.collection(collectionName) // 需要监听的集合名
				// 过滤需要监听的操作类型，可以根据需求指定过滤条件
				.filter(Aggregation.newAggregation(Aggregation.match(
						Criteria.where("operationType").in("insert", "update"))))
				// 不设置时，文档更新时，只会发送变更字段的信息，设置UPDATE_LOOKUP会返回文档的全部信息
				.fullDocumentLookup(FullDocument.UPDATE_LOOKUP)
				.build();
		messageListenerContainer.register(request, Document.class);
		return messageListenerContainer;
	}
}

4.3.实现监听中的回调函数

import com.mongodb.client.model.changestream.ChangeStreamDocument;
import com.xxx.alarm.model.Alarm;
import com.xxx.notification.event.AlarmEventPublisher;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.commons.lang.StringUtils;
import org.bson.Document;
import org.springframework.context.ApplicationEventPublisher;
import org.springframework.data.mongodb.core.MongoTemplate;
import org.springframework.data.mongodb.core.messaging.Message;
import org.springframework.data.mongodb.core.messaging.MessageListener;
 
@Slf4j
public class AlarmMessageListener implements MessageListener<ChangeStreamDocument<Document>, Object> {
 
    private MongoTemplate mongoTemplate;
    private ApplicationEventPublisher eventPublisher;
 
    public AlarmMessageListener(MongoTemplate mongoTemplate, ApplicationEventPublisher eventPublisher) {
        this.mongoTemplate = mongoTemplate;
        this.eventPublisher = eventPublisher;
    }
 
    @Override
    public void onMessage(Message<ChangeStreamDocument<Document>, Object> message) {
        ChangeStreamDocument<Document> changeStreamDocument = message.getRaw();
        log.info("changestream操作为 :" + changeStreamDocument);
        Document document = changeStreamDocument.getFullDocument();
        Alarm alarm = mongoTemplate.getConverter().read(Alarm.class, document);
        if(alarm == null) return;
        //实时消息推送
        AlarmEventPublisher.publishDeviceAlarmEvent(alarm, eventPublisher);
    }
}

5.mongodb的单机模式下也可采用AbstractMongoEventListener方式

增加自定义listener监听器即可

import com.xxx.alarm.model.Alarm;
import com.xxx.notification.event.AlarmEventPublisher;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.commons.lang.StringUtils;
import org.springframework.context.ApplicationEventPublisher;
import org.springframework.data.mongodb.core.mapping.event.AbstractMongoEventListener;
import org.springframework.data.mongodb.core.mapping.event.BeforeConvertEvent;
 
/**
 * 告警监听
 */
@Slf4j
@Component
public class AlarmMongoDataEventListener extends AbstractMongoEventListener<Alarm> {
 
    private ApplicationEventPublisher eventPublisher;
 
    public AlarmMongoDataEventListener(ApplicationEventPublisher eventPublisher) {
        this.eventPublisher = eventPublisher;
    }
 
   
    @Override
    public void onBeforeConvert(BeforeConvertEvent<Alarm> alarmEvent) {
        Alarm alarm =alarmEvent.getSource();
        if(alarm == null) return;
        String notificationType = alarm.getNotificationType();
        if(StringUtils.isBlank(notificationType)) return;
        log.info("Before Convert alarm Event: " + alarm);
        //实时消息推送
        AlarmEventPublisher.publishDeviceAlarmEvent(alarm, eventPublisher);
    }
}

6.文档推荐

mongodb生命周期

AbstractMongoEventListener (Spring Data MongoDB 4.2.5 API)

Lifecycle Events :: Spring Data MongoDB

mongodb集群的change streams

Change Streams - MongoDB Manual v7.0

ChangeStreams 使用及原理（二）|学习笔记-阿里云开发者社区