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基于Spring封装一个websocket工具类使用事件发布进行解耦和管理

作者：小丑西瓜9 | 2024-05-19 21:33:49

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最近工作中，需要将原先的Http请求换成WebSocket，故此需要使用到WebSocket与前端交互。故此这边需要研究一下WebSocket到底有何优点和不可替代性：

WebSocket优点：

WebSocket 协议提供了一种在客户端和服务器之间进行全双工通信的机制，这意味着客户端和服务器可以在任何时候互相发送消息，而不需要预先建立请求。与传统的 HTTP 轮询相比，WebSocket 有以下不可替代的优点：

1. 低延迟: WebSocket 提供了真正的实时通信能力，因为它允许服务器在数据可用时立即将其推送到客户端。这比 HTTP 轮询的“询问-回答”模式更高效，轮询模式可能会引入不必要的延迟。

2. 减少网络流量: 在 HTTP 轮询中，客户端需要定期发送请求以检查更新，即使没有更新也是如此。这会产生大量冗余的 HTTP 头部信息和请求响应。相比之下，WebSocket 在建立连接后，只需要非常少的控制开销就可以发送和接收消息。

3. 持久连接: WebSocket 使用单个持久连接进行通信，而不需要为每个消息或请求重新建立连接。这减少了频繁建立和关闭连接的开销，提高了效率。

4. 双向通信: WebSocket 支持全双工通信，客户端和服务器可以同时发送消息，而不需要等待对方的响应。这对于需要快速双向数据交换的应用程序来说是非常重要的。

5. 更好的服务器资源利用: 由于 WebSocket 连接是持久的，服务器可以更有效地管理资源，而不是在每个轮询请求中重新初始化资源。

6. 协议开销小: WebSocket 消息包含非常少的协议开销，相比之下，HTTP 协议的每个请求/响应都包含了完整的头部信息。

7. 支持二进制数据: WebSocket 不仅支持文本数据，还支持二进制数据，这使得它可以用于更广泛的应用场景，如游戏、视频流和其他需要高效二进制数据传输的应用。

8. 兼容性: 尽管是较新的技术，WebSocket 已经得到了现代浏览器的广泛支持，并且可以通过 Polyfills 在不支持的浏览器上使用。

时序图：

这个流程图展示了以下步骤：

握手阶段：客户端向服务器发送 WebSocket 连接请求，服务器响应并切换协议。
连接建立：WebSocket 连接建立后，客户端和服务器可以相互发送消息。
通信循环：客户端和服务器在建立的 WebSocket 连接上进行消息交换。
关闭握手：客户端或服务器发起关闭连接的请求，另一方响应，然后连接关闭。

因为以上优点这边将需要重新构建一套WebSocket工具类实现这边的要求：

工具类实现：

在 Spring 中封装 WebSocket 工具类通常涉及使用 Spring 提供的 WebSocket API。

WebSocketUtils

WebSocket 工具类封装示例，它使用 Spring 的 WebSocketSession 来发送消息给客户端。

异常处理: 在发送消息时，如果发生异常，我们可以添加更详细的异常处理逻辑。
会话管理: 我们可以添加同步块或使用 ConcurrentHashMap 的原子操作来确保线程安全。
用户标识符管理: 提供一个更灵活的方式来管理用户标识符和会话之间的关系。
事件发布: 使用 Spring 事件发布机制来解耦和管理 WebSocket 事件。


import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.context.ApplicationEvent;
import org.springframework.context.ApplicationEventPublisher;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.web.socket.CloseStatus;
import org.springframework.web.socket.TextMessage;
import org.springframework.web.socket.WebSocketSession;
import org.springframework.web.socket.handler.TextWebSocketHandler;
 
import java.io.IOException;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
/**
 * @Author derek_smart
 * @Date 202/5/11 10:05
 * @Description WebSocket 工具类
 */
@Component
public class WebSocketUtils extends TextWebSocketHandler {
 
    private final Map<String, WebSocketSession> sessions = new ConcurrentHashMap<>();
    @Autowired
    private ApplicationEventPublisher eventPublisher;
 
 
    public void registerSession(String userIdentifier, WebSocketSession session) {
        sessions.put(userIdentifier, session);
        // Publish an event when a session is registered
        eventPublisher.publishEvent(new WebSocketSessionRegisteredEvent(this, session, userIdentifier));
    }
 
    public void removeSession(String userIdentifier) {
        WebSocketSession session = sessions.remove(userIdentifier);
        if (session != null) {
            // Publish an event when a session is removed
            eventPublisher.publishEvent(new WebSocketSessionRemovedEvent(this, session, userIdentifier));
        }
    }
 
    public void sendMessageToUser(String userIdentifier, String message) {
        WebSocketSession session = sessions.get(userIdentifier);
        if (session != null && session.isOpen()) {
            try {
                session.sendMessage(new TextMessage(message));
            } catch (IOException e) {
                // Handle the exception, e.g., logging or removing the session
                handleWebSocketException(session, e);
            }
        }
    }
 
    public void sendMessageToAllUsers(String message) {
        TextMessage textMessage = new TextMessage(message);
        sessions.forEach((userIdentifier, session) -> {
            if (session.isOpen()) {
                try {
                    session.sendMessage(textMessage);
                } catch (IOException e) {
                    // Handle the exception, e.g., logging or removing the session
                    handleWebSocketException(session, e);
                }
            }
        });
    }
 
    private void handleWebSocketException(WebSocketSession session, IOException e) {
        // Log the exception
        // Attempt to close the session if it's still open
        if (session.isOpen()) {
            try {
                session.close();
            } catch (IOException ex) {
                // Log the exception during close
            }
        }
        // Remove the session from the map
        sessions.values().remove(session);
        // Further exception handling...
    }
 
    @Override
    public void afterConnectionEstablished(WebSocketSession session) throws Exception {
        // This method can be overridden to handle connection established event
    }
 
    @Override
    public void afterConnectionClosed(WebSocketSession session, CloseStatus status) throws Exception {
        // This method can be overridden to handle connection closed event
    }
 
    // Additional methods like handleTextMessage can be overridden if needed
 
    // Custom events
    public static class WebSocketSessionRegisteredEvent extends ApplicationEvent {
        private final WebSocketSession session;
        private final String userIdentifier;
 
        /**
         * Create a new WebSocketSessionRegisteredEvent.
         * @param source the object on which the event initially occurred (never {@code null})
         * @param session the WebSocket session which has been registered
         * @param userIdentifier the identifier of the user for whom the session is registered
         */
        public WebSocketSessionRegisteredEvent(Object source, WebSocketSession session, String userIdentifier) {
            super(source);
            this.session = session;
            this.userIdentifier = userIdentifier;
        }
 
        public WebSocketSession getSession() {
            return session;
        }
 
        public String getUserIdentifier() {
            return userIdentifier;
        }
    }
 
    public static class WebSocketSessionRemovedEvent extends ApplicationEvent {
 
        private final WebSocketSession session;
        private final String userIdentifier;
 
        /**
         * Create a new WebSocketSessionRemovedEvent.
         * @param source the object on which the event initially occurred (never {@code null})
         *      * @param session the WebSocket session which has been removed
         *      * @param userIdentifier the identifier of the user for whom the session was removed
         *      */
        public WebSocketSessionRemovedEvent(Object source, WebSocketSession session, String userIdentifier) {
            super(source);
            this.session = session;
            this.userIdentifier = userIdentifier;
        }
 
        public WebSocketSession getSession() {
            return session;
        }
 
        public String getUserIdentifier() {
            return userIdentifier;
        }
    }
}

在这个工具类中，我们使用了 ConcurrentHashMap 来存储和管理 WebSocket 会话。每个会话都与一个用户标识符相关联，这允许我们向特定用户发送消息。使用了 ApplicationEventPublisher 来发布会话注册和移除事件，这样可以让其他组件在需要时响应这些事件。

另外，我们让 WebSocketUtils 继承了 TextWebSocketHandler，这样它可以直接作为一个 WebSocket 处理器。这意味着你可以重写
afterConnectionEstablished 和 afterConnectionClosed 方法来处理连接建立和关闭的事件，而不是在一个单独的 WebSocketHandler 中处理它们。

通过这些优化，WebSocketUtils 工具类变得更加健壮和灵活，能够更好地集成到 Spring 应用程序中

工具类提供了以下方法：

registerSession: 当新的 WebSocket 连接打开时，将该会话添加到映射中。
removeSession: 当 WebSocket 连接关闭时，从映射中移除该会话。
sendMessageToUser: 向特定用户发送文本消息。
sendMessageToAllUsers: 向所有连接的用户发送文本消息。
getSessions: 返回当前所有的 WebSocket 会话。

WebSocketHandler

为了完整地实现一个 WebSocket 工具类，你还需要创建一个 WebSocketHandler 来处理 WebSocket 事件，如下所示：


import org.springframework.web.socket.CloseStatus;
import org.springframework.web.socket.TextMessage;
import org.springframework.web.socket.WebSocketHandler;
import org.springframework.web.socket.WebSocketMessage;
import org.springframework.web.socket.WebSocketSession;
/**
 * @Author derek_smart
 * @Date 202/5/11 10:05
 * @Description WebSocketHandler
 */
public class MyWebSocketHandler implements WebSocketHandler {
 
    private final WebSocketUtils webSocketUtils;
 
    public MyWebSocketHandler(WebSocketUtils webSocketUtils) {
        this.webSocketUtils = webSocketUtils;
    }
 
    @Override
    public void afterConnectionEstablished(WebSocketSession session) throws Exception {
        String userIdentifier = retrieveUserIdentifier(session);
        webSocketUtils.registerSession(userIdentifier, session);
    }
 
    @Override
    public void handleMessage(WebSocketSession session, WebSocketMessage<?> message) throws Exception {
        // Handle incoming messages
    }
 
    @Override
    public void handleTransportError(WebSocketSession session, Throwable exception) throws Exception {
        // Handle transport error
    }
 
    @Override
    public void afterConnectionClosed(WebSocketSession session, CloseStatus status) throws Exception {
        String userIdentifier = retrieveUserIdentifier(session);
        webSocketUtils.removeSession(userIdentifier);
    }
 
    @Override
    public boolean supportsPartialMessages() {
        return false;
    }
 
    private String retrieveUserIdentifier(WebSocketSession session) {
        // Implement logic to retrieve the user identifier from the session
        return session.getId(); // For example, use the WebSocket session ID
    }
}

在 MyWebSocketHandler 中，我们处理了 WebSocket 连接的建立和关闭事件，并且在这些事件发生时调用 WebSocketUtils 的方法注册或移除会话。

WebSocketConfig

要在 Spring 中配置 WebSocket，你需要在配置类中添加 WebSocketHandler 和 WebSocket 的映射。以下是一个简单的配置示例：


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 {
 
    private final MyWebSocketHandler myWebSocketHandler;
 
    public WebSocketConfig(WebSocketUtils webSocketUtils) {
        this.myWebSocketHandler = new MyWebSocketHandler(webSocketUtils);
    }
 
    @Override
    public void registerWebSocketHandlers(WebSocketHandlerRegistry registry) {
        registry.addHandler(myWebSocketHandler, "/ws").setAllowedOrigins("*");
    }
}

WebSocketEventListener

我们扩展了 ApplicationEvent 类，这是所有 Spring 事件的基类。我们添加了两个字段：session 和 userIdentifier，以及相应的构造函数和访问器方法。这样，当事件被发布时，监听器可以访问到事件的详细信息。

要发布这个事件，你需要注入 ApplicationEventPublisher 到你的 WebSocketUtils 类中，并在会话注册时调用 publishEvent 方法：要发布这个事件，你需要在会话移除时调用 ApplicationEventPublisher 的 publishEvent 方法


import org.springframework.context.event.EventListener;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.web.socket.WebSocketSession;
 
@Component
public class WebSocketEventListener {
 
    @EventListener
    public void handleWebSocketSessionRegistered(WebSocketUtils.WebSocketSessionRegisteredEvent event) {
        // 处理会话注册事件
        WebSocketSession session = event.getSession();
        String userIdentifier = event.getUserIdentifier();
 
        // 你可以在这里添加你的逻辑，例如发送欢迎消息或记录会话信息
    }
 
    @EventListener
    public void handleWebSocketSessionRemoved(WebSocketUtils.WebSocketSessionRemovedEvent event) {
        // 处理会话移除事件
        WebSocketSession session = event.getSession();
        String userIdentifier = event.getUserIdentifier();
 
        // 你可以在这里添加你的逻辑，例如更新用户状态或释放资源
    }
 
}

类图：

在这个类图中，我们展示了以下类及其关系：

WebSocketUtils: 包含了会话管理和消息发送的方法。
WebSocketSessionRegisteredEvent: 一个自定义事件类，用于表示 WebSocket 会话注册事件。
WebSocketSessionRemovedEvent: 一个自定义事件类，用于表示 WebSocket 会话移除事件。
WebSocketEventListener: 一个监听器类，它监听并处理 WebSocket 会话相关的事件。
WebSocketController: 一个控制器类，用于处理 HTTP 请求并使用 WebSocketUtils 类的方法。
ChatWebSocketHandler: 一个 WebSocket 处理器类，用于处理 WebSocket 事件。
WebSocketConfig: 配置类，用于注册 WebSocket 处理器。

测试类实现：

WebSocketController

构建一个简单的聊天应用程序，我们将使用 WebSocketUtils 来管理 WebSocket 会话并向用户发送消息。在这个示例中，我们将创建一个控制器来处理发送消息的请求，并使用 WebSocketUtils 类中的方法来实际发送消息。首先，确保 WebSocketUtils 类已经被定义并包含了之前讨论的方法。接下来，我们将创建一个 WebSocketController 来处理发送消息的请求：


import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.http.ResponseEntity;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;
/**
 * @Author derek_smart
 * @Date 202/5/11 10:09
 * @Description WebSocket 测试类
 */
@RestController
@RequestMapping("/chat")
public class WebSocketController {
 
    private final WebSocketUtils webSocketUtils;
 
    @Autowired
    public WebSocketController(WebSocketUtils webSocketUtils) {  
	this.webSocketUtils = webSocketUtils;
    }
 
    // 发送消息给特定用户
    @PostMapping("/send-to-user")
    public ResponseEntity<?> sendMessageToUser(@RequestParam String userIdentifier, @RequestParam String message) {
        try {
            webSocketUtils.sendMessageToUser(userIdentifier, message);
            return ResponseEntity.ok().build();
        } catch (IOException e) {
            // 日志记录异常，返回错误响应
            return ResponseEntity.status(500).body("Failed to send message to user.");
        }
    }
 
    // 发送广播消息给所有用户
    @PostMapping("/broadcast")
    public ResponseEntity<?> broadcastMessage(@RequestParam String message) {
        webSocketUtils.sendMessageToAllUsers(message);
        return ResponseEntity.ok().build();
    }
}

在 WebSocketController 中，我们提供了两个端点：一个用于向特定用户发送消息，另一个用于广播消息给所有连接的用户。

ChatWebSocketHandler

现在，让我们创建一个 WebSocketHandler 来处理 WebSocket 事件：


import org.springframework.web.socket.CloseStatus;
import org.springframework.web.socket.TextMessage;
import org.springframework.web.socket.WebSocketSession;
import org.springframework.web.socket.handler.TextWebSocketHandler;
 
public class ChatWebSocketHandler extends TextWebSocketHandler {
 
    private final WebSocketUtils webSocketUtils;
 
    public ChatWebSocketHandler(WebSocketUtils webSocketUtils) {
        this.webSocketUtils = webSocketUtils;
    }
 
    @Override
    public void afterConnectionEstablished(WebSocketSession session) throws Exception {
        // 使用用户的唯一标识符注册会话
        String userIdentifier = retrieveUserIdentifier(session);
        webSocketUtils.registerSession(userIdentifier, session);
    }
 
    @Override
    protected void handleTextMessage(WebSocketSession session, TextMessage message) throws Exception {
        // 处理接收到的消息，例如在聊天室中广播
        String userIdentifier = retrieveUserIdentifier(session);
        webSocketUtils.sendMessageToAllUsers("User " + userIdentifier + " says: " + message.getPayload());
    }
 
    @Override
    public void afterConnectionClosed(WebSocketSession session, CloseStatus status) throws Exception {
        // 移除会话
        String userIdentifier = retrieveUserIdentifier(session);
        webSocketUtils.removeSession(userIdentifier);
    }
 
    private String retrieveUserIdentifier(WebSocketSession session) {
        // 根据实际情况提取用户标识符，这里假设使用 WebSocketSession 的 ID
        return session.getId();
    }
}

在 ChatWebSocketHandler 中，我们处理了连接建立和关闭事件，并在这些事件发生时调用 WebSocketUtils 的方法注册或移除会话。我们还实现了 handleTextMessage 方法来处理接收到的文本消息。

WebSocketConfig

最后，我们需要配置 WebSocket 端点：


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 {
 
    private final ChatWebSocketHandler chatWebSocketHandler;
 
    public WebSocketConfig(WebSocketUtils webSocketUtils) {
        this.chatWebSocketHandler = new ChatWebSocketHandler(webSocketUtils);
    }
 
    @Override
    public void registerWebSocketHandlers(WebSocketHandlerRegistry registry) {
        registry.addHandler(chatWebSocketHandler, "/ws/chat").setAllowedOrigins("*");
    }
}

在 WebSocketConfig 配置类中，我们注册了 ChatWebSocketHandler 到 /ws/chat 路径。这样，客户端就可以通过这个路径来建立 WebSocket 连接。

这个示例展示了如何使用 WebSocketUtils 工具类来管理 WebSocket 会话，并通过 REST 控制器端点发送消息。客户端可以连接到 WebSocket 端点，并使用提供的 REST 端点发送和接收消息。

总结：

总的来说，WebSocket 在需要快速、实时、双向通信的应用中提供了显著的优势，例如在线游戏、聊天应用、实时数据监控和协作工具。然而，不是所有的场景都需要 WebSocket 的能力，对于不需要实时通信的应用，传统的 HTTP 请求或 HTTP 轮询可能仍然是合适的。

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