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Java系列：Java实现WebSocket

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Java

一、WebSocket简单介绍
WebSocket协议是基于TCP的一种新的网络协议。它实现了浏览器与服务器全双工(full-duplex)通信——允许服务器主动发送信息给客户端。

概述
WebSocket协议支持（在受控环境中运行不受信任的代码的）客户端与（选择加入该代码的通信的）远程主机之间进行全双工通信。用于此的安全模型是Web浏览器常用的基于原始的安全模式。协议包括一个开放的握手以及随后的TCP层上的消息帧。该技术的目标是为基于浏览器的、需要和服务器进行双向通信的（服务器不能依赖于打开多个HTTP连接（例如，使用XMLHttpRequest或<iframe>和长轮询））应用程序提供一种通信机制。
产生背景
长久以来, 创建实现客户端和用户端之间双工通讯的web app都会造成HTTP轮询的滥用: 客户端向主机不断发送不同的HTTP呼叫来进行询问。
这会导致一系列的问题：
1.服务器被迫为每个客户端使用许多不同的底层TCP连接：一个用于向客户端发送信息，其它用于接收每个传入消息。
2.有些协议有很高的开销，每一个客户端和服务器之间都有HTTP头。
3.客户端脚本被迫维护从传出连接到传入连接的映射来追踪回复。
一个更简单的解决方案是使用单个TCP连接双向通信。这就是WebSocket协议所提供的功能。结合WebSocket API ，WebSocket协议提供了一个用来替代HTTP轮询实现网页到远程主机的双向通信的方法。
WebSocket协议被设计来取代用HTTP作为传输层的双向通讯技术,这些技术只能牺牲效率和可依赖性其中一方来提高另一方，因为HTTP最初的目的不是为了双向通讯。
实现原理
在实现websocket连线过程中，需要通过浏览器发出websocket连线请求，然后服务器发出回应，这个过程通常称为“握手” 。在 WebSocket API，浏览器和服务器只需要做一个握手的动作，然后，浏览器和服务器之间就形成了一条快速通道。两者之间就直接可以数据互相传送。在此WebSocket 协议中，为我们实现即时服务带来了两大好处：
Header
互相沟通的Header是很小的-大概只有 2 Bytes
Server Push
服务器的推送，服务器不再被动的接收到浏览器的请求之后才返回数据，而是在有新数据时就主动推送给浏览器。
HTML5 Web Socket API
创建对象
var ws = new WebSocket(url,name);
url为WebSocket服务器的地址，name为发起握手的协议名称，为可选择项。
发送文本消息
ws.send(msg);
msg为文本消息，对于其他类型的可以通过二进制形式发送。
接收消息
ws.onmessage = (function(){...})();
错误处理
ws.onerror = (function(){...})();
关闭连接
ws.close();

二、代码实例
导入jar包
activation-1.1.0.jar
javaee-api-7.0.jar
javax.mail-1.5.0.jar
注意：
tomcat要用7以上版本
JDK用1.7以上版本
（我用的是tomcat8.5和JDK1.8）

客户端（Web主页）代码：

<%@ page language="java" pageEncoding="UTF-8" %>
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>Java后端WebSocket的Tomcat实现</title>
</head>
<body>
    Welcome<br/><input id="text" type="text"/>
    <button onclick="send()">发送消息</button>
    <hr/>
    <button onclick="closeWebSocket()">关闭WebSocket连接</button>
    <hr/>
    <div id="message"></div>
</body>

<script type="text/javascript">
    var websocket = null;
    //判断当前浏览器是否支持WebSocket
    if ('WebSocket' in window) {
        websocket = new WebSocket("ws://localhost:8080/websocket");
    }
    else {
        alert('当前浏览器 Not support websocket')
    }

    //连接发生错误的回调方法
    websocket.onerror = function () {
        setMessageInnerHTML("WebSocket连接发生错误");
    };

    //连接成功建立的回调方法
    websocket.onopen = function () {
        setMessageInnerHTML("WebSocket连接成功");
    }

    //接收到消息的回调方法
    websocket.onmessage = function (event) {
        setMessageInnerHTML(event.data);
    }

    //连接关闭的回调方法
    websocket.onclose = function () {
        setMessageInnerHTML("WebSocket连接关闭");
    }

    //监听窗口关闭事件，当窗口关闭时，主动去关闭websocket连接，防止连接还没断开就关闭窗口，server端会抛异常。
    window.onbeforeunload = function () {
        closeWebSocket();
    }

    //将消息显示在网页上
    function setMessageInnerHTML(innerHTML) {
        document.getElementById('message').innerHTML += innerHTML + '<br/>';
    }

    //关闭WebSocket连接
    function closeWebSocket() {
        websocket.close();
    }

    //发送消息
    function send() {
        var message = document.getElementById('text').value;
        websocket.send(message);
    }
</script>
</html>

Java Web后端代码

package me.gacl.websocket;

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

/**
 * @ServerEndpoint 注解是一个类层次的注解，它的功能主要是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
 */
@ServerEndpoint("/websocket")
public class WebSocketTest {
    //静态变量，用来记录当前在线连接数。应该把它设计成线程安全的。
    private static int onlineCount = 0;

    //concurrent包的线程安全Set，用来存放每个客户端对应的MyWebSocket对象。若要实现服务端与单一客户端通信的话，可以使用Map来存放，其中Key可以为用户标识
    private static CopyOnWriteArraySet<WebSocketTest> webSocketSet = new CopyOnWriteArraySet<WebSocketTest>();

    //与某个客户端的连接会话，需要通过它来给客户端发送数据
    private Session session;

    /**
     * 连接建立成功调用的方法
     * @param session  可选的参数。session为与某个客户端的连接会话，需要通过它来给客户端发送数据
     */
    @OnOpen
    public void onOpen(Session session){
        this.session = session;
        webSocketSet.add(this);     //加入set中
        addOnlineCount();           //在线数加1
        System.out.println("有新连接加入！当前在线人数为" + getOnlineCount());
    }

    /**
     * 连接关闭调用的方法
     */
    @OnClose
    public void onClose(){
        webSocketSet.remove(this);  //从set中删除
        subOnlineCount();           //在线数减1
        System.out.println("有一连接关闭！当前在线人数为" + getOnlineCount());
    }

    /**
     * 收到客户端消息后调用的方法
     * @param message 客户端发送过来的消息
     * @param session 可选的参数
     */
    @OnMessage
    public void onMessage(String message, Session session) {
        System.out.println("来自客户端的消息:" + message);
        //群发消息
        for(WebSocketTest item: webSocketSet){
            try {
                item.sendMessage(message);
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
                continue;
            }
        }
    }

    /**
     * 发生错误时调用
     * @param session
     * @param error
     */
    @OnError
    public void onError(Session session, Throwable error){
        System.out.println("发生错误");
        error.printStackTrace();
    }

    /**
     * 这个方法与上面几个方法不一样。没有用注解，是根据自己需要添加的方法。
     * @param message
     * @throws IOException
     */
    public void sendMessage(String message) throws IOException{
        this.session.getBasicRemote().sendText(message);
        //this.session.getAsyncRemote().sendText(message);
    }

    public static synchronized int getOnlineCount() {
        return onlineCount;
    }

    public static synchronized void addOnlineCount() {
        WebSocketTest.onlineCount++;
    }

    public static synchronized void subOnlineCount() {
        WebSocketTest.onlineCount--;
    }
}