电商项目之Web实时消息推送（附源码）

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文章目录

1 问题背景
2 前言
3 什么是消息推送
4 短轮询
5 长轮询
- 5.1 demo代码
6 iframe流
- 6.1 demo代码
7 SSE
- 7.1 demo代码
- 7.2 生产环境的应用（重要）
8 MQTT

1 问题背景

扩宽自己的知识广度，研究一下web实时消息推送

2 前言

文章参考自Web 实时消息推送的 7 种实现方案
针对一些比较重要的方式，我都会尽量敲出一份完整的demo代码，享受其中的编程乐趣。
在SSE方式中，笔者延申思考，将他应用于电商支付的场景中，给出了比较合理的解决方案，但并未在生产环境中验证，仍待考证。

3 什么是消息推送

消息推送是指服务端将消息推送给客户端。常见的场景有：有人关注公众号，公众号推送消息给关注者；站内消息通知；未读邮件数量；监控告警数量等等。

4 短轮询

常见的http请求即是短轮询，由客户端发起请求，服务端接收请求并同步实时处理，最后返回数据给客户端。

5 长轮询

短轮询的异步方式即是长轮询，异步在哪里？客户端发起请求，web容器（比如tomcat）安排子线程去处理这些请求，将这些请求交给服务端后，无需阻塞等待结果，tomcat会立即安排该子线程理其他请求，tomcat以此接收更多的请求提升系统的吞吐量。服务端处理完请求再返回数据给客户端。

5.1 demo代码

因为一个ID可能会被多个长轮询请求监听，所以采用了guava包提供的Multimap结构存放长轮询，一个key可以对应多个value。一旦监听到key发生变化，对应的所有长轮询都会响应。

引入guava依赖

<dependency>
    <groupId>com.google.guava</groupId>
    <artifactId>guava</artifactId>
    <version>31.1-jre</version>
</dependency>

处理请求的接口：

package com.ganzalang.gmall.sse.controller;

import com.google.common.collect.HashMultimap;
import com.google.common.collect.Multimap;
import com.google.common.collect.Multimaps;
import org.springframework.stereotype.Controller;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.PathVariable;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.ResponseBody;
import org.springframework.web.context.request.async.DeferredResult;

import java.time.LocalDateTime;
import java.util.Collection;
import java.util.Date;

@Controller
@RequestMapping("/polling")
public class PollingController {

    /**
     * 关于 DeferredResult 还有一个很重要的点：请求的处理线程（即 tomcat 线程池的线程）不会等到 DeferredResult#setResult() 被调用才释放，而是直接释放了。
     * 而 DeferredResult 的做法就类似仅把事情安排好，不会管事情做好没，tomcat 线程就释放走了，注意此时不会给请求方（如浏览器）任何响应，而是将请求存放在一边，
     * 咱先不管它，等后面有结果了再把之前的请求拿来，把值响应给请求方。
     */

    // 存放监听某个Id的长轮询集合
    // 线程同步结构
    public static Multimap<String, DeferredResult<String>> watchRequests = Multimaps.synchronizedMultimap(HashMultimap.create());
    public static final long TIME_OUT = 100000;

    /**
     * 设置监听
     */
    @GetMapping(path = "watch/{id}")
    @ResponseBody
    public DeferredResult<String> watch(@PathVariable String id) {
        // 延迟对象设置超时时间
        DeferredResult<String> deferredResult = new DeferredResult<>(TIME_OUT);
        // 异步请求完成时移除 key，防止内存溢出
        deferredResult.onCompletion(() -> {
            watchRequests.remove(id, deferredResult);
        });
        // 注册长轮询请求
        watchRequests.put(id, deferredResult);
        return deferredResult;
    }

    /**
     * 变更数据
     */
    @GetMapping(path = "publish/{id}")
    @ResponseBody
    public String publish(@PathVariable String id) {
        // 数据变更 取出监听ID的所有长轮询请求，并一一响应处理
        if (watchRequests.containsKey(id)) {
            Collection<DeferredResult<String>> deferredResults = watchRequests.get(id);
            for (DeferredResult<String> deferredResult : deferredResults) {
                deferredResult.setResult("我更新了" + LocalDateTime.now());
            }
        }
        return "success";
    }

    /**
     * 监听器的数量
     */
    @GetMapping(path = "listener/num")
    @ResponseBody
    public int num() {
        return watchRequests.size();
    }
}

当请求超过设置的超时时间，会抛出AsyncRequestTimeoutException异常，这里直接用@ControllerAdvice全局捕获统一返回即可，前端获取约定好的状态码后再次发起长轮询请求，如此往复调用。代码如下：

package com.ganzalang.gmall.sse.exception.handler;

import org.springframework.http.HttpStatus;
import org.springframework.web.bind.annotation.ControllerAdvice;
import org.springframework.web.bind.annotation.ExceptionHandler;
import org.springframework.web.bind.annotation.ResponseBody;
import org.springframework.web.bind.annotation.ResponseStatus;
import org.springframework.web.context.request.async.AsyncRequestTimeoutException;

@ControllerAdvice
public class AsyncRequestTimeoutHandler {

    @ResponseStatus(HttpStatus.NOT_MODIFIED)
    @ResponseBody
    @ExceptionHandler(AsyncRequestTimeoutException.class)
    public String asyncRequestTimeoutHandler(AsyncRequestTimeoutException e) {
        System.out.println("异步请求超时");
        return "304";
    }
}

测试：

首先页面发起长轮询请求/polling/watch/10086监听消息更变，请求被挂起，不变更数据直至超时，再次发起了长轮询请求；紧接着手动变更数据/polling/publish/10086，长轮询得到响应，前端处理业务逻辑完成后再次发起请求，如此循环往复。

6 iframe流

在页面中插入一个隐藏的<iframe>标签，通过在src中请求消息数量API接口，由此在服务端和客户端之间创建一条长连接，服务端持续向iframe传输数据。传输的数据通常是html，js脚本。

6.1 demo代码

笔者打算使用一个页面来展示效果，因此需要引入一个freemarker依赖

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

yml中配置freemarker：

spring:
  freemarker:
    suffix: .ftl
    content-type: text/html
    charset: UTF-8
    cache: false
    # ftl页面存放的路径
    template-loader-path: classpath:/templates/

写一个ftl页面：

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ftl页面源码如下：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>IFRAME</title>
</head>
<body>
<iframe src="/iframe/message" style="display:none"></iframe>
<div>
    <h1>clock</h1>
    <span id="clock"></span>
    <h1>count</h1>
    <span id="count"></span>
</div>
</body>
</html>

服务端的代码：

package com.ganzalang.gmall.sse.controller;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.stereotype.Controller;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;

import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.IOException;
import java.time.LocalDateTime;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

@Controller
@RequestMapping("/iframe")
@Slf4j
public class IframeController {

    /**
     * 访问首页
     *
     * @param request
     * @return
     * @throws IOException
     */
    @GetMapping("/index")
    public String index(HttpServletRequest request) throws IOException {
        log.info("iframe-index");
        return "iframe-index";
    }

    /**
     * 返回消息
     *
     * @param response
     * @throws IOException
     * @throws InterruptedException
     */
    @GetMapping(path = "message")
    public void message(HttpServletResponse response) throws IOException, InterruptedException {
        AtomicInteger count = new AtomicInteger(1);
        while (true) {
            log.info("current time:{}", LocalDateTime.now());
            response.setHeader("Pragma", "no-cache");
            response.setDateHeader("Expires", 0);
            response.setHeader("Cache-Control", "no-cache,no-store");
            response.setStatus(HttpServletResponse.SC_OK);
            response.getWriter().print(" <script type=\"text/javascript\">\n" + "parent.document.getElementById('clock').innerHTML = \"" + count.get() + "\";" + "parent.document.getElementById('count').innerHTML = \"" + count.getAndIncrement() + "\";" + "</script>");
        }
    }
}

测试：

访问http://localhost:8033/iframe/index即可，大家会发现这样非常占用服务器资源，服务端会很卡。并且客户端还会一直在loading，如下图所示：

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7 SSE

Server-sent events，简称SSE。SSE在服务器和客户端之间打开一个单向通道，服务端响应的不再是一次性的数据包而是text/event-stream类型的数据流信息，在有数据变更时从服务器流式传输到客户端。SSE有如下几个特点：

基于HTTP
单向通信
实现简单，无需引入其组件
默认支持断线重连 （服务端重启，客户端会重新发送连接请求，这是天生解决服务端发版的问题啊）
只能传送文本信息

7.1 demo代码

SSE同样是使用页面展示效果，需要添加一些freemarker相关东西，具体细节可见第6.1节

页面代码：

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页面源码：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>IFRAME</title>
</head>
<body>
<div id="message"></div>
<script>
    let source = null;
    // 获取url中userId参数的值。如url=http://localhost:8033/sse/index?userId=1111
    var userId = window.location.search.substring(1).split('&')[0].split('=')[1];
    // 判断当前客户端（浏览器）是否支持SSE，有些浏览器不是默认支持SSE的
    if (window.EventSource) {
        // 建立连接
        source = new EventSource('http://localhost:8033/sse/sub/'+userId);
        document.getElementById("message").innerHTML += "连接用户=" + userId + "<br>";

        /**
         * 连接一旦建立，就会触发open事件
         * 另一种写法：source.onopen = function (event) {}
         */
        source.addEventListener('open', function (e) {
            document.getElementById("message").innerHTML += "建立连接。。。<br>";
        }, false);
        /**
         * 客户端收到服务器发来的数据
         * 另一种写法：source.onmessage = function (event) {}
         */
        source.addEventListener('message', function (e) {
            document.getElementById("message").innerHTML += e.data + "<br>";
        });
    } else {
        document.getElementById("message").innerHTML += "你的浏览器不支持SSE<br>";
    }
</script>


</body>
</html>

服务端代码：

package com.ganzalang.gmall.sse.controller;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.stereotype.Controller;
import org.springframework.util.StringUtils;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;
import org.springframework.web.servlet.mvc.method.annotation.SseEmitter;

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

@Controller
@RequestMapping("/sse")
@Slf4j
public class SseController {

    private static Map<String, SseEmitter> sseEmitterMap = new ConcurrentHashMap<>();

    /**
     * 推送消息给客户端
     *
     * @param userId
     * @param msg
     * @throws IOException
     * @throws InterruptedException
     */
    @GetMapping(path = "/message/{userId}")
    public void message(@PathVariable("userId") String userId, @RequestParam(value = "msg", required = false)String msg) throws IOException, InterruptedException {
        String message = StringUtils.isEmpty(msg) ? "pay success" : msg;
        sendMessage(userId, message);
    }

    /**
     * 查询当前的sse连接数量
     *
     * @return
     * @throws IOException
     * @throws InterruptedException
     */
    @GetMapping(path = "/num")
    @ResponseBody
    public String num() throws IOException, InterruptedException {
        return String.valueOf(sseEmitterMap.keySet().size());
    }

    @GetMapping(path = "/del/{userId}")
    @ResponseBody
    public String num(@PathVariable("userId") String userId) throws IOException, InterruptedException {
        sseEmitterMap.remove(userId);
        return "success";
    }

    /**
     * 开启sse连接
     *
     * @param userId
     * @return
     * @throws IOException
     * @throws InterruptedException
     */
    @GetMapping("/sub/{userId}")
    @ResponseBody
    public SseEmitter sub(@PathVariable("userId") String userId) throws IOException, InterruptedException {
        SseEmitter sseEmitter = connect(userId);
        log.info("userId={}, result:{}", userId, "Pay success");
        return sseEmitter;
    }

    /**
     * 访问sse首页
     *
     * @return
     * @throws IOException
     */
    @GetMapping("/index")
    public String index() throws IOException {
        log.info("sse-index");
        return "sse-index";
    }

    /**
     * 创建连接
     *
     * @date: 2022/7/12 14:51
     */
    public static SseEmitter connect(String userId) {
        try {
            // 设置超时时间，0表示不过期。默认30秒
            SseEmitter sseEmitter = new SseEmitter(0L);
            // 注册回调
            sseEmitter.onCompletion(() -> removeUser(userId));
            sseEmitter.onError((e) -> log.error("exception:{}", e.getMessage(), e));
            sseEmitter.onTimeout(() -> removeUser(userId));
            sseEmitterMap.put(userId, sseEmitter);
            return sseEmitter;
        } catch (Exception e) {
            log.info("创建新的sse连接异常，当前用户：{}", userId);
        }
        return null;
    }

    /**
     * 给指定用户发送消息
     *
     * @date: 2022/7/12 14:51
     */
    public static void sendMessage(String userId, String message) {

        if (sseEmitterMap.containsKey(userId)) {
            try {
                sseEmitterMap.get(userId).send(message);
            } catch (IOException e) {
                log.error("用户[{}]推送异常:{}", userId, e.getMessage());
                removeUser(userId);
            }
        }
    }

    /**
     * 移除对应的客户端连接
     * 
     * @param userId
     */
    private static void removeUser(String userId) {
        sseEmitterMap.remove(userId);
    }
}

测试：

访问http://localhost:8033/sse/index?userId=1111注册客户端连接，此处记为index页面。

浏览器另开一个tab页，访问http://localhost:8033/sse/message/1111?msg=haha，然后去index页面看，会发现有消息展示出来了：

在这里插入图片描述

当服务端重启，客户端会自动重连，即index页面的那个http请求会再次发给服务端

7.2 生产环境的应用（重要）

笔者做支付比较多，该sse方式也可以用于做支付结果的消息通知（一般都是用短轮询做查询，查询支付结果；那么现在可以使用SSE方式）。针对应用于生产环境，笔者认为有如下几点需要注意：

由前面服务端代码可见，服务端需要在内存中保存客户端的连接（那个sseEmitterMap）。在服务端是集群的情况下，接收客户端请求的服务端节点的内存中，并不一定就有客户端的连接，此处可以使用Redis的发布订阅功能，通知存有客户端连接的服务端节点进行发消息。除了Redis发布订阅，还能通过Redis+RPC做一个精准调用，Redis可以存储Map<客户端连接的唯一标识, 服务端节点IP>，拿到IP后通过RPC进行精准调用，详情可以见服务端实时推送技术之SSE（Server-Send Events）。
服务端节点中的每个客户端连接都需要做超时处理，超时则将连接从内存中移除，否则会发生OOM。
假如服务端发版，内存中的所有客户端连接都会丢失，但无需担忧，因为客户端默认会重连。