JAVA ｜日常开发中Websocket详解

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JAVA ｜日常开发中Websocket详解

前言
一、Websocket 概述
- 1.1 定义
- 1.2 优势
二、Websocket 协议基础
- 2.1 握手过程
- 2.2 消息格式
- 2.3 数据传输方式
三、Java 中使用 Websocket
- 3.1 Java WebSocket API（JSR - 356）
- 3.2 第三方库（如 Tyrus）
四、应用场景
- 4.1 实时聊天应用
- 4.2 实时数据推送（如股票行情、体育赛事比分）
- 4.3 在线游戏
结束语
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JAVA ｜日常开发中Websocket详解，WebSocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议，它在Web应用中实现了客户端与服务器之间的实时数据传输。与HTTP不同，WebSocket在建立连接后，客户端和服务器都可以随时向对方发送数据，而无需像HTTP那样每次请求都需要建立新的连接。这使得WebSocket非常适合需要实时通信的场景，如在线聊天、实时通知、股票行情推送等。本文将详细介绍Java开发中WebSocket的使用，包括基本概念、Java API、使用示例以及注意事项。

前言

在数字浪潮汹涌澎湃的时代，程序开发宛如一座神秘而宏伟的魔法城堡，矗立在科技的浩瀚星空中。代码的字符，似那闪烁的星辰，按照特定的轨迹与节奏，组合、交织、碰撞，即将开启一场奇妙且充满无限可能的创造之旅。当空白的文档界面如同深邃的宇宙等待探索，程序员们则化身无畏的星辰开拓者，指尖在键盘上轻舞，准备用智慧与逻辑编织出足以改变世界运行规则的程序画卷，在 0 和 1 的二进制世界里，镌刻下属于人类创新与突破的不朽印记。

一、Websocket 概述

1.1 定义

Websocket 是一种在单个 TCP 连接上进行全双工通信的协议。它允许客户端和服务器之间进行实时的、双向的数据传输，与传统的 HTTP 请求 - 响应模式不同，HTTP 是单向的，客户端请求，服务器响应后连接就关闭，而 Websocket 保持连接打开，以便随时交换数据。
例如，在一个实时聊天应用中，Websocket 可以让客户端（如浏览器）和服务器之间实时地发送和接收聊天消息，而不需要像传统的 HTTP 轮询那样频繁地发送请求来检查是否有新消息。

1.2 优势

    实时性高：能够实现服务器和客户端之间的实时通信，数据可以即时地在双方之间传递，减少了延迟。这对于需要实时更新数据的应用场景，如股票交易平台、在线游戏等非常关键。
    高效节能：相较于传统的 HTTP 轮询（客户端定时向服务器发送请求来获取最新信息），Websocket 避免了频繁建立和断开连接的开销，从而节省了网络资源和服务器资源，提高了效率。
    跨平台支持：Websocket 协议是基于 TCP 协议的，并且在现代浏览器和大多数服务器环境中都有良好的支持，这使得它可以方便地用于开发跨平台的实时应用。

二、Websocket 协议基础

2.1 握手过程

Websocket 协议在建立连接时需要进行握手。客户端首先向服务器发送一个 HTTP 请求，这个请求中包含一些特殊的头部信息，用于表明这是一个 Websocket 请求。例如，请求头中包含Upgrade: websocket和Connection: Upgrade字段，用于请求将协议从 HTTP 升级到 Websocket。
服务器收到请求后，如果支持 Websocket 协议并且同意升级，会返回一个响应，其中包含101 Switching Protocols状态码，表示协议切换成功，之后双方就建立了 Websocket 连接。

2.2 消息格式

Websocket 消息主要有两种格式：文本格式和二进制格式。消息以帧（frame）为单位进行传输，一个完整的消息可以由一个或多个帧组成。
文本消息以 UTF - 8 编码进行传输，方便处理文本数据，如聊天消息等。二进制格式则适用于传输图像、音频、视频等二进制数据。

2.3 数据传输方式

全双工通信意味着客户端和服务器都可以主动发送消息。在连接建立后，任何一方都可以随时发送数据，并且不需要等待对方的请求。例如，服务器可以主动向客户端推送实时的股票价格变化，同时客户端也可以向服务器发送交易指令。

三、Java 中使用 Websocket

3.1 Java WebSocket API（JSR - 356）

简介：Java 提供了 WebSocket API 来方便地在 Java 应用中实现 Websocket 功能。这个 API 定义了客户端和服务器端的接口，使得开发者可以轻松地构建 Websocket 应用。

服务器端实现示例：

首先，创建一个@ServerEndpoint注解的类来表示 Websocket 服务器端点。

import javax.websocket.OnMessage;
import javax.websocket.server.ServerEndpoint;
@ServerEndpoint("/chat")
public class ChatServer {
    @OnMessage
    public String onMessage(String message) {
        // 简单的消息处理，例如将消息转换为大写
        return message.toUpperCase();
    }
}

在上述示例中，@ServerEndpoint("/chat")注解定义了 Websocket 服务器端点的路径为/chat。@OnMessage注解标记的方法会在收到消息时被调用，这里只是简单地将收到的消息转换为大写并返回。

客户端实现示例：

客户端需要创建一个WebSocketContainer来建立连接并发送和接收消息。

import javax.websocket.ContainerProvider;
import javax.websocket.WebSocketContainer;
import java.net.URI;
public class ChatClient {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            WebSocketContainer container = ContainerProvider.getWebSocketContainer();
            String uri = "ws://localhost:8080/chat";
            javax.websocket.Session session = container.connectToServer(ChatClientEndpoint.class, new URI(uri));
            // 发送消息
            session.getBasicRemote().sendText("Hello");
            // 接收消息
            String response = session.getBasicRemote().receiveText();
            System.out.println("收到回复: " + response);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在这个客户端示例中，首先获取WebSocketContainer，然后通过connectToServer方法连接到服务器端点。之后可以使用sendText发送消息，使用receiveText接收消息。

3.2 第三方库（如 Tyrus）

简介：Tyrus 是一个流行的 Websocket 实现库，它提供了丰富的功能和更好的性能。它是 Java EE 规范的参考实现，支持 JSR - 356 标准。

示例代码（服务器端）：

添加 Tyrus 依赖到项目（以 Maven 为例）。

<dependency>
    <groupId>org.glassfish.tyrus - servlet</groupId>
    <artifactId>tyrus - servlet</artifactId>
    <version>1.15</version>
</dependency>

创建服务器端点类。

import org.glassfish.tyrus.server.Server;
public class TyrusChatServer {
    public static void main(String[] args) {
        Server server = new Server("localhost", 8080, "/", null, ChatServerEndpoint.class);
        try {
            server.start();
            System.out.println("服务器已启动");
            // 保持服务器运行
            Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            server.stop();
        }
    }
}

其中ChatServerEndpoint类可以类似于前面 JSR - 356 中的服务器端点类定义，用于处理消息。

示例代码（客户端）：

同样需要添加 Tyrus 客户端依赖。

<dependency>
    <groupId>org.glassfish.tyrus - client</groupId>
    <artifactId>tyrus - client</artifactId>
    <version>1.15</version>
</dependency>

客户端连接和消息发送接收示例。

import org.glassfish.tyrus.client.ClientManager;
import javax.websocket.Session;
import java.io.IOException;
import java.net.URI;
public class TyrusChatClient {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            ClientManager clientManager = new ClientManager();
            String uri = "ws://localhost:8080/chat";
            Session session = clientManager.connectToServer(ChatClientEndpoint.class, new URI(uri));
            // 发送消息
            session.getBasicRemote().sendText("Hello");
            // 接收消息
            String response = session.getBasicRemote().receiveText();
            System.out.println("收到回复: " + response);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

四、应用场景

4.1 实时聊天应用

这是 Websocket 最典型的应用场景之一。用户在浏览器中打开聊天界面，通过 Websocket 与服务器建立连接。当用户发送聊天消息时，消息通过 Websocket 即时传输到服务器，服务器再将消息转发给其他相关用户的客户端，实现实时聊天功能。

4.2 实时数据推送（如股票行情、体育赛事比分）

对于需要实时更新数据的应用，如金融领域的股票行情监控应用，Websocket 可以让服务器在股票价格发生变化时，立即将最新价格推送给客户端。体育赛事比分更新也是类似的，观众可以在浏览器中实时看到比分的变化，而不需要手动刷新页面。

4.3 在线游戏

在多人在线游戏中，Websocket 用于实时同步玩家的操作和游戏状态。例如，在一个多人竞技游戏中，玩家的移动、攻击等操作可以通过 Websocket 即时传输到服务器，服务器再将这些信息广播给其他玩家，确保游戏的实时性和公平性。

结束语

亲爱的朋友，无论前路如何漫长与崎岖，都请怀揣梦想的火种，因为在生活的广袤星空中，总有一颗属于你的璀璨星辰在熠熠生辉，静候你抵达。

愿你在这纷繁世间，能时常收获微小而确定的幸福，如春日微风轻拂面庞，所有的疲惫与烦恼都能被温柔以待，内心永远充盈着安宁与慰藉。

至此，文章已至尾声，而您的故事仍在续写，不知您对文中所叙有何独特见解？期待您在心中与我对话，开启思想的新交流。

--------------- 业精于勤，荒于嬉 ---------------

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--------------- 行成于思，毁于随 ---------------

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