springBoot使用webSocket的几种方式以及在高并发出现的问题及解决

一、第一种方式-原生注解（tomcat内嵌）

1.1、引入依赖

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

1.2、配置文件

package cn.jt.config;

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.web.socket.server.standard.ServerEndpointExporter;

/**
 * @author GXM
 * @version 1.0.0
 * @Description TODO
 * @createTime 2023年07月06日
 */
@Configuration
public class WebSocketConfig {

    /**
     * 初始化Bean，它会自动注册使用了 @ServerEndpoint 注解声明的 WebSocket endpoint
     *
     * @return
     */
    @Bean
    public ServerEndpointExporter serverEndpointExporter() {
        return new ServerEndpointExporter();
    }
}

1.3、构建安全的WebSocket抽象层

1、该类可以作为一个基础的安全抽象层，后续项目中如果需要做认证的操作，都可以继承该抽象类

ClientUserInfoService 大家可以看作一个 UserService 就是一张用户表的service类

这里认证采用的是 jwt的方式，大家可以换成自己的

2、大家这里注意，我们使用的是 javax.websocket.Session; 这个是tomcat下的

package cn.jt.websocket;

import cn.jt.client.entity.ClientUserInfo;
import cn.jt.client.service.ClientUserInfoService;
import cn.jt.jwt.JwtUtils;
import cn.jt.utils.SpringContextUtils;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import javax.websocket.Session;
import java.io.IOException;
import java.util.Date;

/**
 * @author GXM
 * @version 1.0.0
 * @Description TODO
 * @createTime 2023年07月06日
 */
@Slf4j
public abstract class SecureWebSocket {
    private static final ClientUserInfoService clientUserInfoService;

    static {
        clientUserInfoService = SpringContextUtils.getBean(ClientUserInfoService.class);
    }

    protected Session session;

    protected String token;

    protected Long tokenExpiresAt;

    protected ClientUserInfo clientUserInfo;

    /**
     * 验证token是否有效（包含有效期）
     *
     * @param token  token
     * @param isInit 是否对token和userInfo进行初始化赋值
     * @return boolean
     */
    protected boolean isTokenValid(String token, boolean isInit) {
        ClientUserInfo clientUserInfo;
        try {
            clientUserInfo = JwtUtils.getClientUserInfo(token);
        } catch (Exception e) {
            log.error("ws 认证失败", e);
            return false;
        }
        if (isInit) {
            this.clientUserInfo = clientUserInfo;
            this.tokenExpiresAt = JwtUtils.getDecodedJWT(token).getExpiresAt().getTime();
            this.token = token;
        }
        return true;
    }

    /**
     * 认证失败，断开连接
     *
     * @param session session
     */
    protected void sendAuthFailed(Session session) {
        try {
            session.getBasicRemote().sendText("认证失败");
            session.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

1.4、构建基础的WebSocket

1、代码很简单，大家一看就知道逻辑了，这里就解释一下各个注解的含义

• @ServerEndpoint：将目前的类定义成一个websocket服务器端，注解的值将被用于监听用户连接的终端访问URL地址，客户端可以通过这个URL来连接到WebSocket服务器端
• @OnOpen：当WebSocket建立连接成功后会触发这个注解修饰的方法。
• @OnClose：当WebSocket建立的连接断开后会触发这个注解修饰的方法。
• @OnMessage：当客户端发送消息到服务端时，会触发这个注解修改的方法。
• @OnError：当WebSocket建立连接时出现异常会触发这个注解修饰的方法。

2、大家这里注意，我们使用的是 javax.websocket.Session; 这个是tomcat下的

package cn.jt.websocket;

import com.alibaba.fastjson.JSON;
import com.google.common.util.concurrent.ThreadFactoryBuilder;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.stereotype.Component;

import javax.websocket.*;
import javax.websocket.server.PathParam;
import javax.websocket.server.ServerEndpoint;
import java.io.IOException;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.*;

/**
 * @author GXM
 * @version 1.0.0
 * @Description 
 * @createTime 2023年07月06日
 */
@Slf4j
@ServerEndpoint("/globalWs/{token}")
@Component
public class GlobalWebsocket extends SecureWebSocket {

 
    /**
     * key: userKye
     * value: GlobalWebsocket  这里你直接存储 session 也是可以的
     */
    private static final Map<String, GlobalWebsocket> CLIENTS = new ConcurrentHashMap<>();

    /**
     * // 如果允许 一个账号 多人登录的话  就 加上  "-" + tokenTime，因为每次登录的token过期时间都是不一样的
     * clientUserInfo.getId() + "-" + clientUserInfo.getAccount() ;
     */
    private String userKye;

    @OnOpen
    public void onOpen(Session session, @PathParam("token") String token) {
        if (!isTokenValid(token, true)) {
            sendAuthFailed(session);
            return;
        }

        this.session = session;
        this.userKye = clientUserInfo.getId() + "-" + clientUserInfo.getAccount() + "-" + super.tokenExpiresAt;
        CLIENTS.put(userKye, this);
        log.info("当前在线用户:{}", CLIENTS.keySet());

        try {
            session.getBasicRemote().sendText("连接成功！");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    @OnMessage
    public String onMessage(Session session, String message) {
        // 先判断当前token 是否已经到期了
        if (!isTokenValid(token, false)) {
            sendAuthFailed(session);
            return null;
        }

        try {
            session.getBasicRemote().sendText("received");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    @OnError
    public void onError(Session session, Throwable throwable) {
//        log.error("ws session 发生错误,session key is {}",throwable);
        log.error("ws session 发生错误:{}", throwable.getMessage());
    }

    @OnClose
    public void onClose(Session session) {
        CLIENTS.remove(userKye);
        log.info("ws 用户 userKey {} 已下线,当前在线用户:{}", userKye, CLIENTS.keySet());
    }

    /**
     * 发送消息
     *
     * @param messageVo
     */
    public void sendMessage(MessageVo messageVo) {
        try {
            this.session.getBasicRemote().sendText(JSON.toJSONString(messageVo));
        } catch (IOException e) {
            log.error("发送消息异常", e);
        }
    }

    /**
     * 向user精确用户发送消息
     *
     * @param userKey   由 account + "-" + refreshToken的签发时间组成，例："admin-1635830649000"
     * @param messageVo 消息内容
     */
    public static void sendToUser(String userKey, MessageVo messageVo) {

        GlobalWebsocket globalWebsocket = CLIENTS.get(userKey);
        if (null != globalWebsocket) {
            globalWebsocket.sendMessage(messageVo);
            return;
        }
        log.error("发送消息到指定用户,但是用户不存在,userKey is {},message is {}", userKey, JSON.toJSONString(messageVo));
    }

    /**
     * 全体组播消息
     *
     * @param
     */
    public static void broadcast(MessageVo messageVo) {
        CLIENTS.values().forEach(c -> {
                    Session curSession = c.session;
                    if (curSession.isOpen()) {
                            try {
                                curSession.getBasicRemote().sendText(JSON.toJSONString(messageVo));
                            } catch (IOException e) {
                                log.error("发送ws数据错误:{}", e.getMessage());
                            }
                    }
                }
        );
    }
}

1.5、SpringBoot 开启 WebSocket

@EnableWebSocket

1.6、高并发时候的问题

1、这里要说明一下在高并发下的问题，如果你同时向在线的 3 个webSocket 在线客户端发送消息，即广播所有在线用户（目前是3个），每个用户每秒10条，那就是说，你每秒要发送 30 条数据，我们调用上述的广播函数 broadcast()，有时候会出现

java.lang.IllegalStateException: 远程 endpoint 处于 [xxxxxx] 状态，如：
The remote endpoint was in state [TEXT_FULL_WRITING] which is an invalid state for calle

这是因为在高并发的情况下，出现了session抢占的问题，导致session，的状态不一致，所以，这里可以去尝试加锁操作，如下

 public static final ExecutorService WEBSOCKET_POOL_EXECUTOR = new ThreadPoolExecutor(
            20, 20,
            Integer.MAX_VALUE, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(),
            new ThreadFactoryBuilder()
                    .setNameFormat("GlobalWebsocket-executor-" + "%d")
                    .setUncaughtExceptionHandler((thread, throwable) -> log.error("ThreadPool {} got exception", thread, throwable)).build(),
            new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
            
    /**
     * 全体组播消息
     *
     * @param
     */
    public static void broadcast(MessageVo messageVo) {
        CLIENTS.values().forEach(c -> {    
                    Session curSession = c.session;
                    if (curSession.isOpen()) {
                        // 建议单个session 一个线程，避免  一个session会话网络不好，会出现超时异常，当前线程会因此中断。
                        // 导致后面的session没有进行发送操作。使用单个线程，单个session情况下避免session之间的相互影响。
                        WEBSOCKET_POOL_EXECUTOR.execute(() -> {
                            synchronized (curSession) {
                                // 双重锁检查，外边的 isOpen 第一遍过滤，里面枷加锁之后，第二遍过滤
                                if (curSession.isOpen()) {
                                    try {
                                        curSession.getBasicRemote().sendText(JSON.toJSONString(messageVo));
                                    } catch (IOException e) {
                                        log.error("发送ws数据错误:{}", e.getMessage());
                                    }
                                }
                            }
                        });
                    }
                }
        );
    }

其中增加了，双重锁检查，以及线程池操作，当然加上锁之后，性能是肯定会有所下降的

建议单个session 一个线程，避免 一个session会话网络不好，会出现超时异常，当前线程会因此中断

2、按照上述的代码，我这边测试12个webSocket 链接，每秒每个客户端都发送10条数据，相当于每秒发送120条数据，目前看来，速度还是不错的，但是当客户端重连后，偶尔会出现错误信息 远程主机已经关闭了一个链接,类似于这种错误，这条错误日志是在广播代码的如下位置打印的，这是因为当准备发送消息的时候，远程客户端还是关闭了。

 try {
                                        curSession.getBasicRemote().sendText(JSON.toJSONString(messageVo));
                                    } catch (IOException e) {
                                        log.error("发送ws数据错误:{}", e.getMessage());
                                    }

二、第二种方式-Spring封装

2.1、引入依赖

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

2.2、自己的webSocket处理service

1、WebSocketService 处理器类如下

类似于 UserService 等等，主要是抽出一部分的业务逻辑

package cn.jt.websocket.spring;

import org.springframework.web.socket.TextMessage;
import org.springframework.web.socket.WebSocketSession;

import java.io.IOException;

/**
 * @author GXM
 * @version 1.0.0
 * @Description TODO
 * @createTime 2023年07月19日
 */
public interface WebSocketService {
    /**
     * 会话开始回调
     *
     * @param session 会话
     */
    void handleOpen(WebSocketSession session);

    /**
     * 会话结束回调
     *
     * @param session 会话
     */
    void handleClose(WebSocketSession session);

    /**
     * 处理消息
     *
     * @param session 会话
     * @param message 接收的消息
     */
    void handleMessage(WebSocketSession session, String message);

    /**
     * 发送消息
     *
     * @param session 当前会话
     * @param message 要发送的消息
     * @throws IOException 发送io异常
     */
    void sendMessage(WebSocketSession session, String message) throws IOException;

    /**
     * 发送消息
     *
     * @param userId  用户id
     * @param message 要发送的消息
     * @throws IOException 发送io异常
     */
    void sendMessage(Integer userId, TextMessage message) throws IOException;

    /**
     * 发送消息
     *
     * @param userId  用户id
     * @param message 要发送的消息
     * @throws IOException 发送io异常
     */
    void sendMessage(Integer userId, String message) throws IOException;

    /**
     * 发送消息
     *
     * @param session 当前会话
     * @param message 要发送的消息
     * @throws IOException 发送io异常
     */
    void sendMessage(WebSocketSession session, TextMessage message) throws IOException;

    /**
     * 广播
     *
     * @param message 字符串消息
     * @throws IOException 异常
     */
    void broadCast(String message) throws IOException;

    /**
     * 广播
     *
     * @param message 文本消息
     * @throws IOException 异常
     */
    void broadCast(TextMessage message) throws IOException;

    /**
     * 处理会话异常
     *
     * @param session 会话
     * @param error   异常
     */
    void handleError(WebSocketSession session, Throwable error);
}

2、WebSocketServiceImpl 实现类如下

类似于 UserServiceImpl 等等，主要是抽出一部分的业务逻辑

package cn.jt.websocket.spring;

import cn.jt.client.entity.ClientUserInfo;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.web.socket.TextMessage;
import org.springframework.web.socket.WebSocketSession;

import java.io.IOException;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

/**
 * @author GXM
 * @version 1.0.0
 * @Description TODO
 * @createTime 2023年07月19日
 */
@Slf4j
public class WebSocketServiceImpl implements WebSocketService {

    private final Map<Integer, WebSocketSession> clients = new ConcurrentHashMap<>();

    @Override
    public void handleOpen(WebSocketSession session) {
        // 这个时候就需要在建立 webSocket 时存储的 用户信息了
        Map<String, Object> attributes = session.getAttributes();
        ClientUserInfo clientUserInfo = (ClientUserInfo) attributes.get("clientUserInfo");
        clients.put(clientUserInfo.getId(), session);

        log.info("a new connection opened，current online count：{}", clients.size());
    }

    @Override
    public void handleClose(WebSocketSession session) {
        // 这个时候就需要在建立 webSocket 时存储的 用户信息了
        Map<String, Object> attributes = session.getAttributes();
        ClientUserInfo clientUserInfo = (ClientUserInfo) attributes.get("clientUserInfo");
        clients.remove(clientUserInfo.getId());
        log.info("a new connection closed，current online count：{}", clients.size());
    }

    @Override
    public void handleMessage(WebSocketSession session, String message) {
        // 只处理前端传来的文本消息，并且直接丢弃了客户端传来的消息
        log.info("received a message：{}", message);
    }

    @Override
    public void sendMessage(WebSocketSession session, String message) throws IOException {
        this.sendMessage(session, new TextMessage(message));
    }

    @Override
    public void sendMessage(Integer userId, TextMessage message) throws IOException {
        WebSocketSession webSocketSession = clients.get(userId);

        if (webSocketSession.isOpen()) {
            webSocketSession.sendMessage(message);
        }
    }

    @Override
    public void sendMessage(Integer userId, String message) throws IOException {
        this.sendMessage(userId, new TextMessage(message));
    }

    @Override
    public void sendMessage(WebSocketSession session, TextMessage message) throws IOException {
        session.sendMessage(message);
    }

    @Override
    public void broadCast(String message) throws IOException {
        clients.values().forEach(session -> {
            if (session.isOpen()) {
                try {
                    session.sendMessage(new TextMessage(message));
                } catch (IOException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        });
    }

    @Override
    public void broadCast(TextMessage message) throws IOException {
        clients.values().forEach(session -> {
            if (session.isOpen()) {
                try {
                    session.sendMessage(message);
                } catch (IOException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        });
    }

    @Override
    public void handleError(WebSocketSession session, Throwable error) {
        log.error("websocket error：{}，session id：{}", error.getMessage(), session.getId());
        log.error("", error);
    }

}

2.3、实现spring框架的WebSocket处理器

1、注意这里的 webSocketSession 就是 spring 包下的了，不再是 tomcat包下的了

这里其实就和我们之前使用原生注解(tomcat)的那个一样了，都是几个特定的函数

我们在特定的方法下，调用我们自己的 service去单独处理，解耦合

package cn.jt.websocket.spring;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.socket.*;

/**
 * @author GXM
 * @version 1.0.0
 * @Description TODO
 * @createTime 2023年07月19日
 */
public class DefaultWebSocketHandler implements WebSocketHandler {

    @Autowired
    private WebSocketService webSocketService;
    /**
     * 建立连接
     *
     * @param session Session
     */
    @Override
    public void afterConnectionEstablished(WebSocketSession session) {
        webSocketService.handleOpen(session);
    }

    /**
     * 接收消息
     *
     * @param session Session
     * @param message 消息
     */
    @Override
    public void handleMessage(WebSocketSession session, WebSocketMessage<?> message) {
        if (message instanceof TextMessage) {
            TextMessage textMessage = (TextMessage) message;
            webSocketService.handleMessage(session, textMessage.getPayload());
        }
    }

    /**
     * 发生错误
     *
     * @param session   Session
     * @param exception 异常
     */
    @Override
    public void handleTransportError(WebSocketSession session, Throwable exception) {
        webSocketService.handleError(session, exception);
    }

    /**
     * 关闭连接
     *
     * @param session     Session
     * @param closeStatus 关闭状态
     */
    @Override
    public void afterConnectionClosed(WebSocketSession session, CloseStatus closeStatus) {
        webSocketService.handleClose(session);
    }

    /**
     * 是否支持发送部分消息
     *
     * @return false
     */
    @Override
    public boolean supportsPartialMessages() {
        return false;
    }
}

2.4、自定义拦截器

这里，我们可以设置拦截器，在做请求参数，或者权限认证的时候，不用在建立链接的函数afterConnectionEstablished里面去处理

可以理解为 springMvc 每次请求前的拦截器

package cn.jt.websocket.spring;

import cn.jt.client.entity.ClientUserInfo;
import cn.jt.jwt.JwtUtils;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.http.server.ServerHttpRequest;
import org.springframework.http.server.ServerHttpResponse;
import org.springframework.http.server.ServletServerHttpRequest;
import org.springframework.web.socket.WebSocketHandler;
import org.springframework.web.socket.server.HandshakeInterceptor;

import java.util.Map;

/**
 * @author GXM
 * @version 1.0.0
 * @Description TODO
 * @createTime 2023年07月19日
 */
@Slf4j
public class WebSocketInterceptor implements HandshakeInterceptor {

    /**
     * 建立请求之前，可以用来做权限判断
     *
     * @param request    the current request
     * @param response   the current response
     * @param wsHandler  the target WebSocket handler
     * @param attributes the attributes from the HTTP handshake to associate with the WebSocket
     *                   session; the provided attributes are copied, the original map is not used.
     * @return
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public boolean beforeHandshake(ServerHttpRequest request,
                                   ServerHttpResponse response, WebSocketHandler wsHandler,
                                   Map<String, Object> attributes) throws Exception {
        if (request instanceof ServletServerHttpRequest) {
            ServletServerHttpRequest servletServerHttpRequest = (ServletServerHttpRequest) request;
            // 模拟用户（通常利用JWT令牌解析用户信息）
            String token = servletServerHttpRequest.getServletRequest().getParameter("token");
            try {
                ClientUserInfo clientUserInfo = JwtUtils.getClientUserInfo(token);
                // 设置当前这个session的属性，后续我们在发送消息时，可以通过 session.getAttributes().get("clientUserInfo")可以取出 clientUserInfo参数
                attributes.put("clientUserInfo", clientUserInfo);
            } catch (Exception e) {
                log.error("webSocket 认证失败 ", e);
                return false;
            }
            return true;
        }
        return false;
    }

    /**
     * 建立请求之后
     *
     * @param request   the current request
     * @param response  the current response
     * @param wsHandler the target WebSocket handler
     * @param exception an exception raised during the handshake, or {@code null} if none
     */
    @Override
    public void afterHandshake(ServerHttpRequest request, ServerHttpResponse response,
                               WebSocketHandler wsHandler, Exception exception) {

    }
}

2.5、WebSocket配置

将自定义处理器、拦截器以及WebSocket操作类依次注入到IOC容器中。

• @EnableWebSocket：开启WebSocket功能
• addHandler：添加处理器
• addInterceptors：添加拦截器
• setAllowedOrigins：设置允许跨域（允许所有请求来源）

package cn.jt.websocket.spring;

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.web.socket.config.annotation.WebSocketConfigurer;
import org.springframework.web.socket.config.annotation.WebSocketHandlerRegistry;

/**
 * @author GXM
 * @version 1.0.0
 * @Description TODO
 * @createTime 2023年07月19日
 */
@Configuration
public class WebSocketConfiguration implements WebSocketConfigurer {
    @Bean
    public DefaultWebSocketHandler defaultWebSocketHandler() {
        return new DefaultWebSocketHandler();
    }

    @Bean
    public WebSocketService webSocket() {
        return new WebSocketServiceImpl();
    }

    @Bean
    public WebSocketInterceptor webSocketInterceptor() {
        return new WebSocketInterceptor();
    }

    @Override
    public void registerWebSocketHandlers(WebSocketHandlerRegistry registry) {
        // 链接方式如下 ws://127.0.0.1:9085/globalWs/message?token=qwncjncwqqdnjncz.adqwascsvcgrgb.cbrtbfvb
        // 如果你设置了springboot的 contentPath 那就需要在:9085端口后面 加上contentPath 的值，在拼接上  globalWs/message?token=qwncjncwqqdnjncz.adqwascsvcgrgb.cbrtbfvb
        registry.addHandler(defaultWebSocketHandler(), "/globalWs/message")
                .addInterceptors(webSocketInterceptor())
                .setAllowedOrigins("*");
    }
}

2.6、SpringBoot 开启 WebSocket

@EnableWebSocket

2.7、链接

1、其中 thermal-api 是我的项目名称

2、链接路径如下

ws://127.0.0.1:9085/thermal-api/globalWs/message?token=qwncjncwqqdnjncz.adqwascsvcgrgb.cbrtbfvb

2.8、高并发时候的问题

1、如果在广播的时候，客户端很多，发送的消息也是很多，还是会出现和之前 第一种方式-原生注解（tomcat内嵌）相同的问题，出现类似如下报错

The remote endpoint was in state [xxxx] which is an invalid state for calle

2、错误分析可以看 踩坑笔记 Spring websocket并发发送消息异常，写的很清楚。

2.8.1、解决方案一

1、和之前一样，加锁

@Override
    public void broadCast(String message) throws IOException {
        clients.values().forEach(session -> {
            if (session.isOpen()) {
                synchronized (session){
                    try {
                        session.sendMessage(new TextMessage(message));
                    } catch (IOException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                }
            }
        });
    }

2.8.2、解决方案二

1、使用 spring 的，Spring 的解决方案是把原来的 WebSocketSession 封了一层，即 org.springframework.web.socket.handler.ConcurrentWebSocketSessionDecorator

3、代码稍微改一下，如下

@Override
    public void handleOpen(WebSocketSession session) {
        // 这个时候就需要在建立 webSocket 时存储的 用户信息了
        Map<String, Object> attributes = session.getAttributes();
        ClientUserInfo clientUserInfo = (ClientUserInfo) attributes.get("clientUserInfo");
        
        clients.put(clientUserInfo.getId(), new ConcurrentWebSocketSessionDecorator(session, 10 * 1000, 64000));
        log.info("a new connection opened，current online count：{}", clients.size());
    }

第三种方式-TIO

1、请上网了解，用的比较少，不做过多说明文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-702422.html

第四种方式-STOMP

1、请上网了解，用的比较少，不做过多说明

到了这里，关于springBoot使用webSocket的几种方式以及在高并发出现的问题及解决的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！