SpringBoot+WebSocket+Session共享_websocket集群session共享

前言

WebSocket协议是基于TCP的一种新的网络协议。它实现了浏览器与服务器全双工(full-duplex)通信——允许服务器主动发送信息给客户端

一、为什么需要WebSocket

HTTP 是基于请求响应式的，即通信只能由客户端发起，服务端做出响应，无状态，无连接。

无状态： 每次连接只处理一个请求，请求结束后断开连接。

无连接： 对于事务处理没有记忆能力，服务器不知道客户端是什么状态。

通过HTTP实现即时通讯，只能是页面轮询向服务器发出请求，服务器返回查询结果。轮询的效率低，非常浪费资源，因为必须不停连接，或者 HTTP 连接始终打开。

WebSocket的最大特点就是，服务器可以主动向客户端推送信息，客户端也可以主动向服务器发送信息，是真正的双向平等对话。

WebSocket特点

• （1）建立在 TCP 协议之上，服务器端的实现比较容易。

• （2）与 HTTP 协议有着良好的兼容性。默认端口也是80和443，并且握手阶段采用 HTTP 协议，因此握手时不容易屏蔽，能通过各种
  HTTP 代理服务器。

• （3）数据格式比较轻量，性能开销小，通信高效。

• （4）可以发送文本，也可以发送二进制数据。

• （5）没有同源限制，客户端可以与任意服务器通信。

• （6）协议标识符是ws（如果加密，则为wss），服务器网址就是 URL。

二、SpringBoot整合WebSocket

1.maven依赖

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

启用WebSocket的支持

@Configuration
public class WebSocketConfig {
    /**
     * 自动注册使用@ServerEndpoint注解声明的websocket endpoint
     * 2022/2/14
     * @return
     */
    @Bean
    public ServerEndpointExporter serverEndpointExporter() {
        return new ServerEndpointExporter();
    }
}
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3.WebSocketServer

因为WebSocket是类似客户端服务端的形式(采用ws协议)，那么这里的WebSocketServer其实就相当于一个ws协议的Controller

直接@ServerEndpoint(“/websocket/{userId}”) 、@Component启用即可，然后在里面实现@OnOpen开启连接，@onClose关闭连接，@onMessage接收消息等方法。

集群版（多个ws节点）还需要借助mysql或者redis等进行处理，改造对应的sendMessage方法即可。

import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import javax.websocket.OnClose;
import javax.websocket.OnError;
import javax.websocket.OnMessage;
import javax.websocket.OnOpen;
import javax.websocket.Session;
import javax.websocket.server.PathParam;
import javax.websocket.server.ServerEndpoint;
import com.alibaba.fastjson.JSON;
import com.alibaba.fastjson.JSONObject;
import org.apache.commons.lang.StringUtils;
import org.springframework.stereotype.Component;
import cn.hutool.log.Log;
import cn.hutool.log.LogFactory;
 
 
@ServerEndpoint("/imserver/{userId}")
@Component
public class WebSocketServer {
 
    static Log log=LogFactory.get(WebSocketServer.class);
    /**静态变量，用来记录当前在线连接数。应该把它设计成线程安全的。*/
    private static int onlineCount = 0;
    /**concurrent包的线程安全Set，用来存放每个客户端对应的MyWebSocket对象。*/
    private static ConcurrentHashMap<String,WebSocketServer> webSocketMap = new ConcurrentHashMap<>();
    /**与某个客户端的连接会话，需要通过它来给客户端发送数据*/
    private Session session;
    /**接收userId*/
    private String userId="";
 
    /**
     * 连接建立成功调用的方法*/
    @OnOpen
    public void onOpen(Session session,@PathParam("userId") String userId) {
        this.session = session;
        this.userId=userId;
        if(webSocketMap.containsKey(userId)){
            webSocketMap.remove(userId);
            webSocketMap.put(userId,this);
            //加入set中
        }else{
            webSocketMap.put(userId,this);
            //加入set中
            addOnlineCount();
            //在线数加1
        }
 
        log.info("用户连接:"+userId+",当前在线人数为:" + getOnlineCount());
 
        try {
            sendMessage("连接成功");
        } catch (IOException e) {
            log.error("用户:"+userId+",网络异常!!!!!!");
        }
    }
 
    /**
     * 连接关闭调用的方法
     */
    @OnClose
    public void onClose() {
        if(webSocketMap.containsKey(userId)){
            webSocketMap.remove(userId);
            //从set中删除
            subOnlineCount();
        }
        log.info("用户退出:"+userId+",当前在线人数为:" + getOnlineCount());
    }
 
    /**
     * 收到客户端消息后调用的方法
     *
     * @param message 客户端发送过来的消息*/
    @OnMessage
    public void onMessage(String message, Session session) {
        log.info("用户消息:"+userId+",报文:"+message);
        //可以群发消息
        //消息保存到数据库、redis
        if(StringUtils.isNotBlank(message)){
            try {
                //解析发送的报文
                JSONObject jsonObject = JSON.parseObject(message);
                //追加发送人(防止串改)
                jsonObject.put("fromUserId",this.userId);
                String toUserId=jsonObject.getString("toUserId");
                //传送给对应toUserId用户的websocket
                if(StringUtils.isNotBlank(toUserId)&&webSocketMap.containsKey(toUserId)){
                    webSocketMap.get(toUserId).sendMessage(jsonObject.toJSONString());
                }else{
                    log.error("请求的userId:"+toUserId+"不在该服务器上");
                    //否则不在这个服务器上，发送到mysql或者redis
                }
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
 
    /**
     *
     * @param session
     * @param error
     */
    @OnError
    public void onError(Session session, Throwable error) {
        log.error("用户错误:"+this.userId+",原因:"+error.getMessage());
        error.printStackTrace();
    }
    /**
     * 实现服务器主动推送
     */
    public void sendMessage(String message) throws IOException {
        this.session.getBasicRemote().sendText(message);
    }
 
 
    /**
     * 发送自定义消息
     * */
    public static void sendInfo(String message,@PathParam("userId") String userId) throws IOException {
        log.info("发送消息到:"+userId+"，报文:"+message);
        if(StringUtils.isNotBlank(userId)&&webSocketMap.containsKey(userId)){
            webSocketMap.get(userId).sendMessage(message);
        }else{
            log.error("用户"+userId+",不在线！");
        }
    }
 
    public static synchronized int getOnlineCount() {
        return onlineCount;
    }
 
    public static synchronized void addOnlineCount() {
        WebSocketServer.onlineCount++;
    }
 
    public static synchronized void subOnlineCount() {
        WebSocketServer.onlineCount--;
    }
}
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4.集群版

在使用websocket的时候会面对session共享的问题

在这里我们通过Redis的监听订阅模式来实现session共享，当有连接加入时，将连接发送到队列中然后向订阅该队列的服务下发，由存储该连接的服务进行逻辑处理

session共享的业务逻辑如下图所示

4.1 Redis发布订阅模式实现

前言

Redis可以通过发布订阅模式、轮询机制实现消息队列。

由于没有消息持久化与 ACK 的保证，所以，Redis 的发布订阅功能并不可靠。这也就导致了它的应用场景很有限，建议用于实时与可靠性要求不高的场景。

一、Redis发布订阅

​​​​​​1. Redis发布订阅模式实现原理

服务器中维护着一个pubsub_channels字典，所有的频道和订阅关系都存储在这里。字典的键为频道的名称，而值为订阅频道的客户端链表。

1> 当有新的客户端订阅某个频道时，会发生两种情况中的一种：

（1）如果频道已经存在，则新的客户端会添加到pubsub_channels对应频道的链表末尾

（2）如果频道原本不存在，则会为频道创建一个键，该客户端成为链表的第一个元素

2> 当一个客户端退订一个频道的时候：

pubsub_channels对应键的链表会删除该客户端

3> 发送信息

服务器会遍历pubsub_channels中对应键的链表，向每一个客户端发送信息

服务器还维护着一个pubsub_patterns链表，链表的pattern属性记录了被订阅的模式，而client属性记录了订阅模式的客户端

1. 当有新的客户端订阅某个模式的时，会进行如下步骤：

（1）创建一个链表节点，pattern属性记录订阅的模式，client记录订阅模式的客户端

（2）将这个链表节点添加到pubsub_patterns链表中

2. 当一个客户端退订某一个模式的时候：

服务器遍历pubsob_patterns找到对应的pattern同时也是对应该client客户端的节点，将改节点删除

3. 发送信息

服务器遍历pubsub_channels，查找与channels频道相匹配的模式麻将消息发送给订阅了这些模式的客户端。

2.引入依赖

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
        </dependency>
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3.redis配置

public class RedisConfig {
    //Key的过期时间
    private Duration timeToLive = Duration.ofDays(1);
 
    /**
     * redis模板，存储关键字是字符串，值jackson2JsonRedisSerializer是序列化后的值
     *
     * @param
     * @return org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate
     */
    @Bean
    public RedisTemplate<String, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory connectionFactory) {
        RedisTemplate<String, Object> redisTemplate = new RedisTemplate<>();
        redisTemplate.setConnectionFactory(connectionFactory);
        //使用Jackson2JsonRedisSerializer来序列化和反序列化redis的value值（默认使用JDK的序列化方式）
        Jackson2JsonRedisSerializer jackson2JsonRedisSerializer = new Jackson2JsonRedisSerializer(Object.class);
        ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();
        objectMapper.setVisibility(PropertyAccessor.ALL, JsonAutoDetect.Visibility.ANY);
        objectMapper.enableDefaultTyping(ObjectMapper.DefaultTyping.NON_FINAL);
        jackson2JsonRedisSerializer.setObjectMapper(objectMapper);
 
        //使用StringRedisSerializer来序列化和反序列化redis的key值
        RedisSerializer redisSerializer = new StringRedisSerializer();
        //key
        redisTemplate.setKeySerializer(redisSerializer);
        redisTemplate.setHashKeySerializer(redisSerializer);
        //value
        redisTemplate.setValueSerializer(jackson2JsonRedisSerializer);
        redisTemplate.setHashValueSerializer(jackson2JsonRedisSerializer);
 
        redisTemplate.afterPropertiesSet();
        return redisTemplate;
    }
 
    @Bean
    public RedisCacheConfiguration redisCacheConfiguration() {
        return RedisCacheConfiguration.
                defaultCacheConfig().
                entryTtl(this.timeToLive).			//Key过期时间 1天
                serializeKeysWith(RedisSerializationContext.SerializationPair.
                fromSerializer(new StringRedisSerializer())).
                serializeValuesWith(RedisSerializationContext.SerializationPair.
                        fromSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer()));
    }
}

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4.redis监听

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnectionFactory;
import org.springframework.data.redis.listener.PatternTopic;
import org.springframework.data.redis.listener.RedisMessageListenerContainer;
import org.springframework.data.redis.listener.adapter.MessageListenerAdapter;
 
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
 
 
@Configuration
public class RedisMessageListener {
    /**
     * 创建连接工厂
     *
     * @param connectionFactory
     * @param listenerAdapter
     * @return
     */
    @Bean
    public RedisMessageListenerContainer container(RedisConnectionFactory connectionFactory,
                                                   MessageListenerAdapter listenerAdapter,
                                                   MessageListenerAdapter listenerAdapterWang,
                                                   MessageListenerAdapter listenerAdapterTest2) {
        RedisMessageListenerContainer container = new RedisMessageListenerContainer();
        container.setConnectionFactory(connectionFactory);
        //（不同的监听器可以收到同一个频道的信息）接受消息的频道
        container.addMessageListener(listenerAdapter, new PatternTopic("phone"));
 
        container.addMessageListener(listenerAdapterWang, new PatternTopic("phone"));
 
        container.addMessageListener(listenerAdapterTest2, new PatternTopic("phoneTest2"));
        return container;
    }
 
 
    /**
     * 绑定消息监听者和接收监听的方法
     *
     * @param receiver
     * @return
     */
    @Bean
    public MessageListenerAdapter listenerAdapter(ReceiverRedisMessage receiver) {
        return new MessageListenerAdapter(receiver, "receiveMessage");
    }
 
    @Bean
    public MessageListenerAdapter listenerAdapterWang(ReceiverRedisMessage receiver) {
        return new MessageListenerAdapter(receiver, "receiveMessageWang");
    }
   /**
     * 绑定消息监听者和接收监听的方法
     *
     * @param receiver
     * @return
     */
    @Bean
    public MessageListenerAdapter listenerAdapterTest2(ReceiverRedisMessage receiver) {
        return new MessageListenerAdapter(receiver, "receiveMessage2");
    }
 
    /**
     * 注册订阅者
     *
     * @param latch
     * @return
     */
    @Bean
    ReceiverRedisMessage receiver(CountDownLatch latch) {
        return new ReceiverRedisMessage(latch);
    }
 
 
    /**
     * 计数器，用来控制线程
     *
     * @return
     */
    @Bean
    public CountDownLatch latch() {
        return new CountDownLatch(1);//指定了计数的次数 1
    }
}
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5.redis消息接收类

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
 
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
 
 
public class ReceiverRedisMessage {
    private CountDownLatch latch;
 
    @Autowired
    public ReceiverRedisMessage(CountDownLatch latch) {
        this.latch = latch;
    }
 
 
    /**
     * 队列消息接收方法
     *
     * @param jsonMsg
     */
    public void receiveMessage(String jsonMsg) {
        log.info("[开始消费REDIS消息队列phone数据...]");
        try {
            System.out.println(jsonMsg);
            log.info("[消费REDIS消息队列phone数据成功.]");
        } catch (Exception e) {
            log.error("[消费REDIS消息队列phone数据失败，失败信息:{}]", e.getMessage());
        }
        latch.countDown();
    }
 
 
    public void receiveMessageWang(String jsonMsg) {
        log.info("[开始消费REDIS消息队列phone数据...]");
        try {
            System.out.println(jsonMsg);
            log.info("[消费REDIS消息队列phone数据成功.]");
        } catch (Exception e) {
            log.error("[消费REDIS消息队列phone数据失败，失败信息:{}]", e.getMessage());
        }
        latch.countDown();
    }
 
    /**
     * 队列消息接收方法
     *
     * @param jsonMsg
     */
    public void receiveMessage2(String jsonMsg) {
        log.info("[开始消费REDIS消息队列phoneTest2数据...]");
        try {
            System.out.println(jsonMsg);
            /**
             *  此处执行自己代码逻辑 操作数据库等
             */
 
            log.info("[消费REDIS消息队列phoneTest2数据成功.]");
        } catch (Exception e) {
            log.error("[消费REDIS消息队列phoneTest2数据失败，失败信息:{}]", e.getMessage());
        }
        latch.countDown();
    }
 
}
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6.代码测试

  public void redisTest() {
        //这个是测试同一个频道，不同的订阅者收到相同的信息，“phone”也就是topic也可以理解为频道
        redisTemplate.convertAndSend("phone", "223333");
        //这个phoneTest2是另外的一个频道
      //  redisTemplate.convertAndSend("phoneTest2", "34555665");
    } 
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二、Redis轮询机制

1.原理

Redis的列表类型键可以用来实现队列，并且支持阻塞式读取，可以实现一个高性能的优先队列, 在Redis中，List类型是按照插入顺序排序的字符串链表。和数据结构中的普通链表一样，我们可以在其头部(left)和尾部(right)添加新的元素。在插入时，如果该键并不存在，Redis将为该键创建一个新的链表。与此相反，如果链表中所有的元素均被移除，那么该键也将会被从数据库中删除。List中可以包含的最大元素数量是4294967295。从元素插入和删除的效率视角来看，如果我们是在链表的两头插入或删除元素，这将会是非常高效的操作，即使链表中已经存储了百万条记录，该操作也可以在常量时间内完成。

2.生产者

  public R saveUserTicket(String phoneNum) {
        redisTemplate.opsForList().leftPush("ticket:Data", phoneNum);
        return R.ok();
    }
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3.消费者

 @Scheduled(fixedRate = 1)
    public synchronized void consumer() {
            String message = redisTemplate.opsForList().rightPop("ticket:Data", 5, TimeUnit.SECONDS);
            if (!StringUtils.isEmpty(message)){
           //数据库操作
            }
    }
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4.优化

如上述代码，如果此时队列为空，消费者依然会频繁拉取数据，造成CPU空转，不仅占用CPU资源还对Redis造成压力。因此当队列为空时我们可以休眠一段时间，再进行拉取。

实现如下

     @Scheduled(fixedRate = 1)
    public synchronized void consumer() throws InterruptedException {
        long a = redisTemplate.opsForList().size("ticket:Data");
        if (a == 0) {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);//等待时间
        }
            String message = redisTemplate.opsForList().rightPop("ticket:Data", 5, TimeUnit.SECONDS);
            if (!StringUtils.isEmpty(message)){
           //数据库操作
            }
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Redis发布订阅模式实现原理

前言

发布订阅系统在我们日常的工作中经常会使用到，这种场景大部分情况我们都是使用消息队列，常用的消息队列有 Kafka，RocketMQ，RabbitMQ，每一种消息队列都有其特性，很多时候我们可能不需要独立部署相应的消息队列，只是简单的使用，而且数据量也不会太大，这种情况下，我们就可以使用 Redis 的 Pub/Sub 模型。

一、Redis发布订阅

Redis 的发布订阅功能主要由 PUBLISH，SUBSCRIBE，PSUBSCRIBE 命令组成，一个或者多个客户端订阅某个或者多个频道，当其他客户端向该频道发送消息的时候，订阅了该频道的客户端都会收到对应的消息。

二、发布订阅模式的基本命令

Psubscribe 命令订阅一个或多个符合给定模式的频道。每个模式以 * 作为匹配符，比如 it* 匹配所有以 it 开头的频道( it.news 、 it.blog 、 it.tweets )

Psubscribe 命令基本语法如下：

PSUBSCRIBE pattern [pattern …]

Redis Pubsub 命令用于查看订阅与发布系统状态，它由数个不同格式的子命令组成。

PUBSUB [argument [argument …]]

Publish 命令用于将信息发送到指定的频道。

Publish 命令基本语法如下：

PUBLISH channel message

Punsubscribe 命令用于退订所有给定模式的频道。

Punsubscribe 命令基本语法如下：

PUNSUBSCRIBE [pattern [pattern …]]

Subscribe 命令用于订阅给定的一个或多个频道的信息。

Subscribe 命令基本语法如下：

SUBSCRIBE channel [channel …]

Unsubscribe 命令用于退订给定的一个或多个频道的信息。

Unsubscribe 命令基本语法如下：

UNSUBSCRIBE channel [channel …]

三、发布订阅模式的实现原理

Redis通过PUBLISH、SUBSCRIBE和PSUBSCRIBE等命令实现了发布和订阅功能。

• 通过SUBSCRIBE命令订阅某个频道后，redis-server里面维护了一个字典，字典的键就是一个个channel，而字典的值则是一个链表，链表中保存了所有订阅这个channel的客户端。SUBSCRIBE命令的关键，就是将客户端添加到指定channel的订阅链表中。
• 通过PUBLISH命令向订阅者发送信息，redis-server会使用给定的频道作为键，在他所维护的channel字典中查找记录订阅该频道的所有客户端的链表，通过遍历这个链表，来将信息发布给所有的订阅者

Pub/Sub 底层存储结构

订阅 Channel

在 Redis 的底层结构中，客户端和频道的订阅关系是通过一个字典加链表的结构保存的，形式如下：

在 Redis 的底层结构中，Redis 服务器结构体中定义了一个 pubsub_channels 字典

struct redisServer {
 
//用于保存所有频道的订阅关系
 
dict *pubsub_channels
 
}
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在这个字典中，key 代表的是频道名称，value 是一个链表，这个链表里面存放的是所有订阅这个频道的客户端。

所以当有客户端执行订阅频道的动作的时候，服务器就会将客户端与被订阅的频道在 pubsub_channels 字典中进行关联。

这个时候有两种情况：

• 该渠道是首次被订阅：首次被订阅说明在字典中并不存在该渠道的信息，那么程序首先要创建一个对应的 key，并且要赋值一个空链表，然后将对应的客户端加入到链表中。此时链表只有一个元素。

• 该渠道已经被其他客户端订阅过：这个时候就直接将对应的客户端信息添加到链表的末尾就好了。

比如，如果有一个新的客户端 Client 08 要订阅 run 渠道，那么上图就会变成

如果 Client 08 要订阅一个新的渠道 new_sport ，那么就会变成

取消订阅

上面介绍的是单个 Channel 的订阅，相反的如果一个客户端要取消订阅相关 Channel，则无非是找到对应的 Channel 的链表，从中删除对应的客户端，如果该客户端已经是最后一个了，则将对应 Channel 也删除。

模式订阅结构

模式渠道的订阅与单个渠道的订阅类似，不过服务器是将所有模式的订阅关系都保存在服务器状态的pubsub_patterns 属性里面。

struct redisServer{
 
//保存所有模式订阅关系
 
list *pubsub_patterns;
 
}
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与订阅单个 Channel 不同的是，pubsub_patterns 属性是一个链表，不是字典。节点的结构如下：

struct pubsubPattern{
 
//订阅模式的客户端
 
redisClient *client;
 
//被订阅的模式
 
robj *pattern;
 
} pubsubPattern;
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其实 client 属性是用来存放对应客户端信息，pattern 是用来存放客户端对应的匹配模式。

所以对应上面的 Client-06 模式匹配的结构存储如下

在pubsub_patterns链表中有一个节点，对应的客户端是 Client-06，对应的匹配模式是run*。

订阅模式

当某个客户端通过命令psubscribe 订阅对应模式的 Channel 时候，服务器会创建一个节点，并将 Client 属性设置为对应的客户端，pattern 属性设置成对应的模式规则，然后添加到链表尾部。

创建新节点；

给节点的属性赋值；

将节点添加到链表的尾部；

退订模式

退订模式的命令是punsubscribe，客户端使用这个命令来退订一个或者多个模式 Channel。服务器接收到该命令后，会遍历pubsub_patterns链表，将匹配到的 client 和 pattern 属性的节点给删掉。这里需要判断 client 属性和 pattern 属性都合法的时候再进行删除。

遍历所有的节点，当匹配到相同 client 属性和 pattern 属性的时候就进行节点删除。

发布消息

当一个客户端执行了publish channelName message 命令的时候，服务器会从pubsub_channels和pubsub_patterns 两个结构中找到符合channelName 的所有 Channel，进行消息的发送。在 pubsub_channels 中只要找到对应的 Channel 的 key 然后向对应的 value 链表中的客户端发送消息。

4.2 队列消息推送

    @OnMessage
    public void onMessage(Session session, String message) throws IOException, ParseException {
        //业务逻辑处理
        //向所有用户广播
        redisUtil.convertSend("topic", message);
    } 
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4.3 队列消息接收

/**
     * 队列消息接收方法
     * 2022/2/21
     */
    public void receiveMessage(String message) {
        log.info("[开始消费REDIS消息队列topic数据...]");
        try {
            //业务逻辑处理
            webSocketServer.sendMessageForProject(message);
            log.info("[消费REDIS消息队列topic数据成功.]");
        } catch (Exception e) {
            log.error("[消费REDIS消息队列topic数据失败，失败信息:{}]", e.getMessage());
        }
        latch.countDown();
    }
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参考来源：「人苼若只茹初見」
原文链接： https://blog.csdn.net/printf88/article/details/123685995
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