Tomcat 如何實現(xiàn)WebSocket

WebSocket協(xié)議屬于HTML5標(biāo)準(zhǔn)，越來越多瀏覽器已經(jīng)原生支持WebSocket，它能讓客戶端和服務(wù)端實現(xiàn)雙向通信。在客戶端和服務(wù)器端建立一條WebSocket連接后，服務(wù)器端消息可直接發(fā)送到客戶端，從而打破傳統(tǒng)的請求響應(yīng)模式，避免了無意義的請求。比如傳統(tǒng)的方式可能會使用AJAX不斷請求服務(wù)器端，而WebSocket則可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)到客戶端且客戶端不必請求。同時，由于有了瀏覽器的原生支持，編寫客戶端應(yīng)用程序也變得更加便捷且不必依賴第三方插件。另外，WebSocket協(xié)議摒棄了HTTP協(xié)議繁瑣的請求頭，而是以數(shù)據(jù)幀的方式進(jìn)行傳輸，效率更高。

圖為WebSocket協(xié)議通信的過程，首先客戶端會發(fā)送一個握手包告訴服務(wù)器端我想升級成WebSocket，不知道你服務(wù)器端是否同意，這時如果服務(wù)器端支持WebSocket協(xié)議則會返回一個握手包告訴客戶端沒問題，升級已確認(rèn)。然后就成功建立起了一條WebSocket連接，該連接支持雙向通信，并且使用WebSocket協(xié)議的數(shù)據(jù)幀格式發(fā)送消息。

握手過程需要說明下，為了讓W(xué)ebSocket協(xié)議能和現(xiàn)有HTTP協(xié)議Web架構(gòu)互相兼容，所以WebSocket協(xié)議的握手要基于HTTP協(xié)議，比如客戶端會發(fā)送類似如下的HTTP報文到服務(wù)器端請求升級為WebSocket協(xié)議，其中包含的Upgrade: websocket就是告訴服務(wù)器端我想升級協(xié)議：

  GET ws://localhost:8080/hello HTTP/1.1
  Origin: http://localhost:8080
  Connection: Upgrade
  Host: localhost:8080
  Sec-WebSocket-Key: uRovscZjNol/umbTt5uKmw==
  Upgrade: websocket
  Sec-WebSocket-Version: 13

此時如果服務(wù)器端支持WebSocket協(xié)議，則它會發(fā)送一個同意客戶端升級協(xié)議的報文，具體報文類似如下，其中Upgrade: websocket就是告訴客戶端我同意你升級協(xié)議：

 HTTP/1.1 101 WebSocket Protocol Handshake
  Date: Fri, 10 Feb 2016 17:38:18 GMT
  Connection: Upgrade
  Server: Kaazing Gateway
  Upgrade: WebSocket
  Sec-WebSocket-Accept: rLHCkw/SKsO9GAH/ZSFhBATDKrU=

完成如上握手后，HTTP協(xié)議連接就被打破，接下去則是開始使用WebSocket協(xié)議進(jìn)行雙方通信，這條連接還是原來的那條TCP/IP連接，端口也還是原來的80或443。

下面舉一個Tomcat中編寫WebSocket的簡單例子：

public class HelloWebSocketServlet extends WebSocketServlet {
  private static List<MessageInbound> socketList = new ArrayList<MessageInbound>();

  protected StreamInbound createWebSocketInbound(String subProtocol,HttpServletRequest request){
    return new WebSocketMessageInbound();
  }

  public class WebSocketMessageInbound extends MessageInbound{
    protected void onClose(int status){
      super.onClose(status);
      socketList.remove(this);      
    }
    protected void onOpen(WsOutbound outbound){
      super.onOpen(outbound);
      socketList.add(this);
    }
    @Override
    protected void onBinaryMessage(ByteBuffer message) throws IOException {

    }
    @Override
    protected void onTextMessage(CharBuffer message) throws IOException {
      for(MessageInbound messageInbound : socketList){
        CharBuffer buffer = CharBuffer.wrap(message);
        WsOutbound outbound = messageInbound.getWsOutbound();
        outbound.writeTextMessage(buffer);
        outbound.flush();        
      }
    }
  }
}

這個Servlet必須要繼承WebSocketServlet，接著創(chuàng)建一個繼承MessageInbound的WebSocketMessageInbound類，在該類中填充onClose、onOpen、onBinaryMessage和onTextMessage等方法即可完成各個事件的邏輯，其中onOpen會在一個WebSocket連接建立時被調(diào)用，onClose會在一個WebSocket關(guān)閉時被調(diào)用，onBinaryMessage則是Binary方式下接收到客戶端數(shù)據(jù)時被調(diào)用，onTextMessage則是Text方式下接收到客戶端數(shù)據(jù)時被調(diào)用。上面一段代碼實現(xiàn)了一個廣播的效果。

按照上面的處理邏輯，Tomcat對WebSocket的集成就不會太難了，就是在處理請求時如果遇到WebSocket協(xié)議請求則做特殊處理，保持住連接并在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)調(diào)用WebSocketServlet的MessageInbound的onClose、onOpen、onBinaryMessage和onTextMessage等方法。由于WebSocket一般建議在NIO模式下使用，所以看看NIO模式集成WebSocket協(xié)議。

如圖，對于WebSocket的客戶端連接被接收器接收后注冊到NioChannel隊列中，Poller組件不斷輪休是否有NioChannel需要處理，如果有則經(jīng)過處理管道后進(jìn)到繼承了WebSocketServlet的Servlet上，WebSocketServlet的doGet方法會處理WebSocket握手，告訴返回客戶端同意升級協(xié)議。往后Poller繼續(xù)不斷輪休相關(guān)NioChannel，一旦發(fā)現(xiàn)是使用WebSocket協(xié)議的管道則會調(diào)用MessageInbound的相關(guān)方法，完成不同事件的處理，從而實現(xiàn)對WebSocket協(xié)議的支持。

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