网络编程之WebSocket（1）

什么是WebSocket？它的作用是什么？

核心定义：
WebSocket是一种网络通信协议，它在单个TCP连接上提供全双工（Full-Duplex） 的通信通道。简单来说，就是允许服务器和客户端（通常是浏览器）在建立一次连接后，随时主动向对方发送数据。

它要解决的核心问题（作用）：
解决传统HTTP协议的请求-响应（Request-Response）模型的局限性。在HTTP协议下，通信总是由客户端发起，服务器被动响应。如果服务器有新的数据（如新消息、实时股价、游戏状态更新）需要推送给客户端，它无法主动推送，只能等待客户端来请求。

为了模拟“实时”效果，在WebSocket出现之前，通常采用以下技术，但它们都有明显缺点：

1. 轮询（Polling）：客户端定期向服务器发送HTTP请求询问是否有新数据。缺点：效率低下，很多请求是无用的，实时性差。
2. 长轮询（Long-Polling）：客户端发送请求，服务器hold住连接，直到有数据或超时才返回。客户端收到响应后立即发出下一个请求。缺点：实现复杂，连接管理困难。

WebSocket的作用就是为浏览器和服务器之间建立一个真正的、高效的、低延迟的双向实时通信渠道。

WebSocket可以用来干什么？

WebSocket非常适合需要高实时性的应用场景，例如：

• 在线聊天/客服系统：消息能够即时送达和显示。
• 实时协作工具：如在线文档（Google Docs）、多人在线绘图板，一方的操作可以实时同步给其他参与者。
• 实时数据展示：如股票行情看板、体育赛事直播比分、监控系统实时数据。
• 多人在线游戏：游戏状态的实时同步。
• 社交Feed流：新内容的实时推送。

WebSocket和网络编程有什么关系？

网络编程是涵盖所有在网络中进行数据交换的编程技术的总称。WebSocket是网络编程中应用于应用层的一种具体协议。

• 基础：WebSocket建立在网络编程的基础之上。它依赖于TCP协议（传输层）来提供可靠、有序的数据流。可以说，WebSocket是TCP协议之上的一种高级封装。
• 与HTTP的关系：WebSocket的设计与HTTP协议密切相关。它的连接建立过程（称为“握手”）是通过HTTP协议完成的，如您提供的文章中所示：

  GET /chat HTTP/1.1
  Host: www.example.com
  Upgrade: websocket
  Connection: Upgrade
  

  服务器同意升级协议后，通信就不再遵循HTTP协议，而是切换到WebSocket协议。这使得WebSocket可以轻松绕过防火墙和代理，因为它们通常允许HTTP流量通过。
• 演进：WebSocket代表了网络编程从简单的请求-响应模式向复杂的、持续的双向通信模式的演进。它是为了满足现代Web应用对实时性日益增长的需求而诞生的关键技术。

怎么使用WebSocket？

1. 核心概念

• WebSocketHandler：处理WebSocket通信的核心接口，相当于HTTP中的Controller。文章中的ChatHandler继承了TextWebSocketHandler，专门用于处理文本消息。
• WebSocketSession：代表一个WebSocket连接。通过它可以发送消息、获取连接属性、关闭连接等。
• HandshakeInterceptor：拦截器，用于在WebSocket握手建立前后执行逻辑，如文章中的ChatHandshakeInterceptor用于将HTTP Session中的属性（如用户信息）复制到WebSocketSession中。

2. 服务器端开发步骤（基于Spring）

a. 添加依赖
在pom.xml中添加Spring WebSocket和嵌入式Tomcat对WebSocket的支持。

<dependency><groupId>org.apache.tomcat.embed</groupId><artifactId>tomcat-embed-websocket</artifactId><version>10.1.1</version>
</dependency>
<dependency><groupId>org.springframework</groupId><artifactId>spring-websocket</artifactId><version>6.0.0</version>
</dependency>

b. 启用WebSocket支持
在配置类（如AppConfig）上使用@EnableWebSocket注解。

c. 配置WebSocket端点
通过实现WebSocketConfigurer接口，注册WebSocketHandler并指定其映射的URL路径。

@Configuration
@EnableWebSocket
public class AppConfig implements WebSocketConfigurer {@Autowiredprivate ChatHandler chatHandler;@Autowiredprivate ChatHandshakeInterceptor chatInterceptor;@Overridepublic void registerWebSocketHandlers(WebSocketHandlerRegistry registry) {// 将 ChatHandler 映射到 "/chat" 路径registry.addHandler(chatHandler, "/chat").addInterceptors(chatInterceptor);}
}

d. 实现业务处理器（ChatHandler）
这是最核心的部分，需要处理连接建立、接收消息、连接关闭等事件。

@Component
public class ChatHandler extends TextWebSocketHandler {// 使用线程安全的Map来管理所有在线用户的Sessionprivate Map<String, WebSocketSession> clients = new ConcurrentHashMap<>();@Overridepublic void afterConnectionEstablished(WebSocketSession session) throws Exception {// 新的WebSocket连接建立成功clients.put(session.getId(), session);session.getAttributes().put("name", "Guest1"); // 设置默认用户名System.out.println("新连接建立: " + session.getId());}@Overrideprotected void handleTextMessage(WebSocketSession session, TextMessage message) throws Exception {// 当收到来自客户端的文本消息时调用String clientMessage = message.getPayload(); // 获取消息内容// 1. 解析客户端消息（通常是JSON）// 2. 处理业务逻辑（例如，构建要广播的消息）String broadcastJson = ... // 构造要发送的JSON字符串// 3. 广播消息给所有连接的客户端broadcastMessage(new TextMessage(broadcastJson));}@Overridepublic void afterConnectionClosed(WebSocketSession session, CloseStatus status) throws Exception {// WebSocket连接关闭clients.remove(session.getId());System.out.println("连接关闭: " + session.getId());}private void broadcastMessage(TextMessage message) {// 遍历所有Session，发送消息for (WebSocketSession client : clients.values()) {try {if (client.isOpen()) {client.sendMessage(message);}} catch (IOException e) {// 处理异常}}}
}

3. 客户端开发（JavaScript）

现代浏览器都提供了原生的WebSocket对象，使用非常简单。

// 1. 建立连接（注意协议是 ws 或 wss，类似于 http 和 https）
var ws =