教你怎么使用Java实现WebSocket

一、WebSocket简介
WebSocket协议通过在客户端和服务端之间提供全双工通信来进行Web和服务器的交互功能。

在WebSocket应用程序中，服务器发布WebSocket端点，客户端使用url连接到服务器。建立连接后，服务器和客户端就可以互相发送消息。客户端通常连接到一台服务器，服务器接受多个客户端的连接。

1.1 WebSocket协议
WebSocket协议有两个部分：握手和传输。客户端通过向服务端URL发送握手请求来建立连接。握手与现有的基于HTTP的基础结构相兼容。Web服务器将其解释为升级版的HTTP连接请求。

一个客户端建立连接的握手请求：

GET /path/to/websocket/endpoint HTTP/1.1
Host: localhost
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: xqBt3ImNzJbYqRINxEFlkg==
Origin: http://localhost
Sec-WebSocket-Version: 13

一个服务端响应：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: K7DJLdLooIwIG/MOpvWFB3y3FE8=

从上面的请求和响应中可以看出来，一个WebSocket连接的建立，需要客户端和服务端维护一个Key来作为该连接的连接凭证。
客户端向服务端发送WebSocketKey，服务器根据WebSocketKey生成WebSocketAccept返回给客户端，客户端对WebSocketKey的值再进行相同的操作，如果与服务器返回的Accept的值相匹配，就表示握手成功。握手之后客户端与服务端就互相发送消息。
在这里插入图片描述
1.2 WebSocket支持的消息类型
WebSocket支持文本消息（UTF-8编码）和二进制消息。WebSocket的控制消息由Close、Ping、Pong组成。ping和pong也有可能包含应用程序信息。
webSocket端点具有如下的URI形式表示：

ws://host:port/path?query
wss://host:port/path?query

ws代表未加密的连接，默认端口是80
wss代表加密的连接，默认端口是443
path：表示服务器内端点的位置
query：路径参数信息

二、创建一个WebSocket程序
创建和部署WebSocket端点的过程如下：
1、创建一个端点类
2、实现端点的生命周期方法
3、将业务逻辑添加到端点
4、将端点部署到Web应用程序中

**注意：**与Servlet相反，WebSocket端点类会被实例化多次，容器针对与其部署的URI的每个连接都创建一个实例。每个实例都与一个连接相关联。因为在任何时间都只有一个线程执行端点实例的代码，所以有助于保持每个连接的用户状态简化开发。

2.1 生命周期方法
EndPoint类中定义了三个生命周期方法：onOpen、onClose、onError
使用注解方式创建服务类

@ServerEndpoint("/echo")
public class EchoEndpoint {
   @OnMessage
   public void onMessage(Session session, String msg) {
      try {
         session.getBasicRemote().sendText(msg);
      } catch (IOException e) { ... }
   }
}

2.2 业务逻辑方法

@ServerEndpoint("/receive")
public class ReceiveEndpoint {
   @OnMessage
   public void textMessage(Session session, String msg) {
      System.out.println("Text message: " + msg);
   }
   @OnMessage
   public void binaryMessage(Session session, ByteBuffer msg) {
      System.out.println("Binary message: " + msg.toString());
   }
   @OnMessage
   public void pongMessage(Session session, PongMessage msg) {
      System.out.println("Pong message: " + 
                          msg.getApplicationData().toString());
   }
}

注意：一个服务类最多可以有三个OnMessage注解，每个消息类型分别使用一种方法：Text、Binary、Pong

2.3 维护客户状态
有时在程序中我们可能需要在连接中维护一些用户参数，WebSocket也提供了这样的服务
Session.getUserProperties获取用户参数信息
如果要存储所有连接的客户端共有的信息，可以使用静态变量，但是需要用户保证对数据的线程安全访问。

@ServerEndpoint("/delayedecho")
public class DelayedEchoEndpoint {
   @OnOpen
   public void open(Session session) {
      session.getUserProperties().put("previousMsg", " ");
   }
   @OnMessage
   public void message(Session session, String msg) {
      String prev = (String) session.getUserProperties()
                                    .get("previousMsg");
      session.getUserProperties().put("previousMsg", msg);
      try {
         session.getBasicRemote().sendText(prev);
      } catch (IOException e) { ... }
   }
}

2.4 数据格式的编码与解码
由于客户端和服务端交互可能涉及数据格式的转换，所以提供了Decoder和Encoder的方式解决。
同时由于WebSocket的@Message注解只能有一个用来传输Text信息或Binary信息，所以要进行最常用的Json->entity转换解析就需要该方法
Encoder

Encoder.Text 用于文本消息Encoder.Binary 用于二进制消息

使用方法：

1、创建编解码类

public class MessageATextEncoder implements Encoder.Text<MessageA> {
   @Override
   public void init(EndpointConfig ec) { }
   @Override
   public void destroy() { }
   @Override
   public String encode(MessageA msgA) throws EncodeException {
      // Access msgA's properties and convert to JSON text...
      return msgAJsonString;
   }
}

2、在端点类注解中添加该Encoder

@ServerEndpoint(
   value = "/myendpoint",
   encoders = { MessageATextEncoder.class, MessageBTextEncoder.class }
)
public class EncEndpoint { ... }

3、这时候就可以发送MessageA和MessageB两种类型的Text数据

MessageA msgA = new MessageA(...);
MessageB msgB = new MessageB(...);
session.getBasicRemote.sendObject(msgA);
session.getBasicRemote.sendObject(msgB);

注意：webSocket会自动寻找使用哪种编码器，所以发送数据统一使用sendObject即可

Decoder

实现Decoder以将WebSocket消息转换为Java对象

Decoder.Text 用于文本消息
Decoder.Binary 用于二进制消息
使用方法

与Encoder类似

注意：与Encoder不同，Decoder最多可以指定一个Binary和一个Text类型的Decoder，如果有两种以上的Java类型作为文本消息进行发送和接收需要进行定义处理。可以使多个消息继承一个公共的消息父类

1、编写Decoder类，对收到消息类型的不同进行不同的解码

public class MessageTextDecoder implements Decoder.Text<Message> {
   @Override
   public void init(EndpointConfig ec) { }
   @Override
   public void destroy() { }
   @Override
   public Message decode(String string) throws DecodeException {
      // Read message...
      if ( /* message is an A message */ )
         return new MessageA(...);
      else if ( /* message is a B message */ )
         return new MessageB(...);
   }
   @Override
   public boolean willDecode(String string) {
      // Determine if the message can be converted into either a
      // MessageA object or a MessageB object...
      return canDecode;
   }
}

2、在端点类中添加decoders={MessageDecoder.class}

@ServerEndpoint(
   value = "/myendpoint",
   encoders = { MessageATextEncoder.class, MessageBTextEncoder.class },
   decoders = { MessageTextDecoder.class }
)
public class EncDecEndpoint { ... }

3、在@OnMessage方法中使用

@OnMessage
public void message(Session session, Message msg) {
   if (msg instanceof MessageA) {
      // We received a MessageA object...
   } else if (msg instanceof MessageB) {
      // We received a MessageB object...
   }
}