如何直接用WebSocket实现网页聊天室？

服务器推送你还在使用轮询吗？本文将带你领略WebSocket的魅力，轻松实现服务器推送功能。本文将以下面两方面让你理解WebSocket并应用到具体的开发中。

一、文章导读

• WebSocket概述
• 使用WebSocket实现网页聊天室

二、WebSocket

1. WebSocket介绍

WebSocket 是一种网络通信协议。RFC6455 定义了它的通信标准。

WebSocket 是 HTML5 开始提供的一种在单个 TCP 连接上进行全双工通讯的协议。

HTTP 协议是一种无状态的、无连接的、单向的应用层协议。它采用了请求/响应模型。通信请求只能由客户端发起，服务端对请求做出应答处理。

这种通信模型有一个弊端：HTTP 协议无法实现服务器主动向客户端发起消息。

这种单向请求的特点，注定了如果服务器有连续的状态变化，客户端要获知就非常麻烦。大多数 Web 应用程序将通过频繁的异步 AJAX 请求实现长轮询。轮询的效率低，非常浪费资源（因为必须不停连接，或者 HTTP 连接始终打开）。

http协议：

websocket协议：

2. websocket协议

本协议有两部分：握手和数据传输。

握手是基于http协议的。

来自客户端的握手看起来像如下形式：

GET ws://localhost/chat HTTP/1.1
Host: localhost
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Sec-WebSocket-Extensions: permessage-deflate
Sec-WebSocket-Version: 13

来自服务器的握手看起来像如下形式：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
Sec-WebSocket-Extensions: permessage-deflate

字段说明：

头名称	说明
Connection：Upgrade	标识该HTTP请求是一个协议升级请求
Upgrade: WebSocket	协议升级为WebSocket协议
Sec-WebSocket-Version: 13	客户端支持WebSocket的版本
Sec-WebSocket-Key：	客户端采用base64编码的24位随机字符序列，服务器接受客户端HTTP协议升级的证明。要求服务端响应一个对应加密的Sec-WebSocket-Accept头信息作为应答
Sec-WebSocket-Extensions	协议扩展类型

3. 客户端（浏览器）实现

3.1 websocket对象

实现 WebSockets 的 Web 浏览器将通过 WebSocket 对象公开所有必需的客户端功能（主要指支持 Html5 的浏览器）。

以下 API 用于创建 WebSocket 对象：

var ws = new WebSocket(url);

参数url格式说明： ws://ip地址:端口号/资源名称

3.2 websocket事件

WebSocket 对象的相关事件

事件	事件处理程序	描述
open	websocket对象.onopen	连接建立时触发
message	websocket对象.onmessage	客户端接收服务端数据时触发
error	websocket对象.onerror	通信发生错误时触发
close	websocket对象.onclose	连接关闭时触发

3.3 WebSocket方法

WebSocket 对象的相关方法:

方法	描述
send()	使用连接发送数据

4. 服务端实现

Tomcat的7.0.5 版本开始支持WebSocket,并且实现了Java WebSocket规范(JSR356)。

Java WebSocket应用由一系列的WebSocketEndpoint组成。Endpoint 是一个java对象，代表WebSocket链接的一端，对于服务端，我们可以视为处理具体WebSocket消息的接口， 就像Servlet之与http请求一样。

我们可以通过两种方式定义Endpoint:

• 第一种是编程式， 即继承类 javax.websocket.Endpoint并实现其方法。
• 第二种是注解式, 即定义一个POJO, 并添加 @ServerEndpoint相关注解。

Endpoint实例在WebSocket握手时创建，并在客户端与服务端链接过程中有效，最后在链接关闭时结束。在Endpoint接口中明确定义了与其生命周期相关的方法， 规范实现者确保生命周期的各个阶段调用实例的相关方法。生命周期方法如下：

方法	含义描述	注解
onClose	当会话关闭时调用。	@OnClose
onOpen	当开启一个新的会话时调用, 该方法是客户端与服务端握手成功后调用的方法。	@OnOpen
onError	当连接过程中异常时调用。	@OnError

服务端如何接收客户端发送的数据呢？

通过为 Session 添加 MessageHandler 消息处理器来接收消息，当采用注解方式定义Endpoint时，我们还可以通过 @OnMessage 注解指定接收消息的方法。

服务端如何推送数据给客户端呢？

发送消息则由 RemoteEndpoint 完成， 其实例由 Session 维护， 根据使用情况， 我们可以通过Session.getBasicRemote 获取同步消息发送的实例 ， 然后调用其 sendXxx()方法就可以发送消息， 可以通过Session.getAsyncRemote 获取异步消息发送实例。

服务端代码：

@ServerEndpoint("/robin")
public class ChatEndPoint {

    private static Set<ChatEndPoint> webSocketSet = new HashSet<>();

    private Session session;

    @OnMessage
    public void onMessage(String message, Session session) throws IOException {
        System.out.println("接收的消息是：" + message);
        System.out.println(session);
        //将消息发送给其他的用户
        for (Chat chat : webSocketSet) {
            if(chat != this) {
                chat.session.getBasicRemote().sendText(message);
            }
        }
    }

    @OnOpen
    public void onOpen(Session session) {
        this.session = session;
        webSocketSet.add(this);
    }

    @OnClose
    public void onClose(Session seesion) {
        System.out.println("连接关闭了。。。");
    }

    @OnError
    public void onError(Session session,Throwable error) {
        System.out.println("出错了。。。。" + error.getMessage());
    }
}

三、基于WebSocket的网页聊天室

1. 需求

通过 websocket 实现一个简易的聊天室功能 。

1）. 登陆聊天室

2）. 登陆之后，进入聊天界面进行聊天

登陆成功后，呈现出以后的效果：

当我们想和李四聊天时就可以点击 好友列表 中的 李四，效果如下：

接下来就可以进行聊天了，张三 的界面如下：

李四 的界面如下：

2. 实现流程

3. 消息格式

• 客户端 –> 服务端
• {“toName”:”张三”,”message”:”你好”}
• 服务端 –> 客户端
  • 系统消息格式：{“isSystem”:true,”fromName”:null,”message”：[“李四”,”王五”]}
  • 推送给某一个的消息格式：{“isSystem”:false,”fromName”:”张三”,”message”：”你好”}

4. 功能实现

4.1 创建项目，导入相关jar包的坐标

<parent>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
    <version>2.1.5.RELEASE</version>
</parent>

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

    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>
    
    <!--devtools热部署-->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-devtools</artifactId>
        <optional>true</optional>
        <scope>true</scope>
    </dependency>
</dependencies>

<build>
    <plugins>
        <!-- 打jar包时如果不配置该插件，打出来的jar包没有清单文件 -->
        <plugin>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
        </plugin>
    </plugins>
</build>

4.2 引入静态资源文件

4.3 引入公共资源

• pojo类

/**
* @version v1.0
* @ClassName: Message
* @Description: 浏览器发送给服务器的websocket数据
* @Author: 黑马程序员
*/
public class Message {
private String toName;
private String message;
public String getToName() {
return toName;
}
public void setToName(String toName) {
this.toName = toName;
}
public String getMessage() {
return message;
}
public void setMessage(String message) {
this.message = message;
}

}/**
* @version v1.0
* @ClassName: ResultMessage
* @Description: 服务器发送给浏览器的websocket数据
* @Author: 黑马程序员
*/
public class ResultMessage {
private boolean isSystem;
private String fromName;
private Object message;//如果是系统消息是数组
public boolean getIsSystem() {
return isSystem;
}
public void setIsSystem(boolean isSystem) {
this.isSystem = isSystem;
}
public String getFromName() {
return fromName;
}
public void setFromName(String fromName) {
this.fromName = fromName;
}
public Object getMessage() {
return message;
}
public void setMessage(Object message) {
this.message = message;
}

}/**
* @version v1.0
* @ClassName: Result
* @Description: 用于登陆响应回给浏览器的数据
* @Author: 黑马程序员
*/
public class Result {
private boolean flag;
private String message;
public boolean isFlag() {
return flag;
}
public void setFlag(boolean flag) {
this.flag = flag;
}
public String getMessage() {
return message;
}
public void setMessage(String message) {
this.message = message;
}
}

• MessageUtils工具类

/**
* @version v1.0
* @ClassName: MessageUtils
* @Description: 用来封装消息的工具类
* @Author: 黑马程序员
*/
public class MessageUtils {
public static String getMessage(boolean isSystemMessage,String fromName, Object message) {
try {
ResultMessage result = new ResultMessage();
result.setIsSystem(isSystemMessage);
result.setMessage(message);
if(fromName != null) {
result.setFromName(fromName);
}
ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();
return mapper.writeValueAsString(result);
} catch (JsonProcessingException e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
}

4.4 登陆功能实现

• login.html：使用异步进行请求发送

$(function() {
$("#btn").click(function() {
$.get("login",$("#loginForm").serialize(),function(res) {
if(res.flag) {
//跳转到 main.html页面
location.href = "main.html";
} else {
$("#err_msg").html(res.message);
}
},"json");
});
})

• UserController：进行登陆逻辑处理

@RestController
public class UserController {
@RequestMapping("/login")
public Result login(User user, HttpSession session) {
Result result = new Result();
if(user != null && "123".equals(user.getPassword())) {
result.setFlag(true);
//将用户名存储到session对象中
session.setAttribute("user",user.getUsername());
} else {
result.setFlag(false);
result.setMessage("登陆失败");
}
return result;
}
}

4.5 获取当前登录的用户名

• main.html：页面加载完毕后，发送请求获取当前登录的用户名

var username;
$(function() {
$.ajax({
url:"getUsername",
success:function(res) {
username = res;
$("#userName").html("用户：" + res + "<span style='float: right;color: green'>在线</span>");
},
async:false
});
}

• UserController

在UserController中添加一个getUsername方法，用来从session中获取当前登录的用户名并响应回给浏览器。

@RequestMapping("/getUsername")
public String getUsername(HttpSession session) {
String username = (String) session.getAttribute("user");
return username;
}

4.6 聊天室功能

• 客户端实现
• 在main.html页面实现前端代码：

var toName;
var username;
function showChat(name) {
toName = name;
//清除聊天区的数据
$("#msgs").html("");
//现在聊天对话框
$("#chatArea").css("display","inline");
//显示“正在和谁聊天”
$("#chatMes").html("正在和 <font face="楷体">"+toName+"</font> 聊天");
//切换用户，需要将聊天记录渲染到聊天区
var storeData = sessionStorage.getItem(toName);
if(storeData != null) {
$("#msgs").html(storeData);
}
}
$(function() {
$.ajax({
url:"getUsername",
success:function(res) {
username = res;
//显示在线信息
$("#userName").html(" 用户："+res+"<span style='float: right;color: green'>在线</span>");
},
async: false
})
//创建websocket
var ws;
if(window.WebSocket) {
ws = new WebSocket("ws://localhost/chat");
}
//绑定事件
ws.onopen = function(evt) {
//显示在线信息
$("#userName").html(" 用户："+username+"<span style='float: right;color: green'>在线</span>");
}
ws.onmessage = function(evt) {
//接收服务器推送的消息
var data = evt.data;
//将该字符串数据转换为json
var res = JSON.parse(data);
//判断是系统消息还是推送给个人的消息
if(res.isSystem) {
//系统消息
var names = res.message;
var userListStr = "";
var broadcastStr = "";
for(var name of names) {
if(name != username) {
userListStr += "<li class="rel-item"><a onclick='showChat(""+name+"")'>"+name+"</a></li>";
broadcastStr += "<li class="rel-item" style="color: #9d9d9d;font-family: 宋体">您的好友 "+name+" 已上线</li>";
}
}
//将数据渲染到页面
$("#userlist").html(userListStr);
$("#broadcastList").html(broadcastStr);
} else {
//非系统消息
var content = res.message;
//拼接聊天区展示的数据
var str = "<div class="msg robot"><div class="msg-left" worker=""><div class="msg-host photo" style="background-image: url(img/avatar/Member002.jpg)"></div><div class="msg-ball">"+content+"</div></div></div>";
//有可能现在不是和指定用户的聊天框，所以需要进行判断
var storeData = sessionStorage.getItem(res.fromName);
if(storeData != null) {
storeData += str;
} else {
storeData = str;
}
sessionStorage.setItem(res.fromName,storeData);
if(toName == res.fromName) {
//将数据追加到聊天区
$("#msgs").append(str);
}
}
}
ws.onclose = function() {
//显示在线信息
$("#userName").html(" 用户："+username+"<span style='float: right;color: red'>离线</span>");
}
//给发送按钮绑定点击事件
$("#submit").click(function() {
//获取输入的内容
var data = $("#context_text").val();
//将该文本框清空
$("#context_text").val("");
//拼接消息
var str = "<div class="msg guest"><div class="msg-right"><div class="msg-host headDefault"></div><div class="msg-ball">"+data+"</div></div></div>";
$("#msgs").append(str);
//将聊天记录进行存储sessionStorage
var storeData = sessionStorage.getItem(toName);
if(storeData != null) {
//将此次的内容拼接到storeData中
str = storeData + str;
}
//将消息存储到sessionStorage中
sessionStorage.setItem(toName,str);
//定义服务端需要的数据格式
var message = {toName:toName,message:data};
//将输入的数据发送给服务器
ws.send(JSON.stringify(message));
});
})

• 服务端代码实现
• WebSocketConfig 类实现
• 开启 springboot 对websocket的支持

@Configuration
public class WebSocketConfig {
@Bean
//注入ServerEndpointExporter，自动注册使用@ServerEndpoint注解的
public ServerEndpointExporter serverEndpointExporter() {
return new ServerEndpointExporter();
}
}

• ChatEndPoint 类实现

@ServerEndpoint(value = "/chat",configurator =
GetHttpSessionConfigurator.class)
@Component
public class ChatEndpoint {
//用来存储每一个客户端对象对应的ChatEndpoint对象
private static Map<String,ChatEndpoint> onlineUsers = new ConcurrentHashMap<>();
//和某个客户端连接对象，需要通过他来给客户端发送数据
private Session session;
//httpSession中存储着当前登录的用户名
private HttpSession httpSession;
@OnOpen
//连接建立成功调用
public void onOpen(Session session, EndpointConfig config) {
//需要通知其他的客户端，将所有的用户的用户名发送给客户端
this.session = session;
//获取HttpSession对象
HttpSession httpSession = (HttpSession) config.getUserProperties().get(HttpSession.class.getName());
//将该httpSession赋值给成员httpSession
this.httpSession = httpSession;
//获取用户名
String username = (String) httpSession.getAttribute("user");
//存储该链接对象
onlineUsers.put(username,this);
//获取需要推送的消息
String message = MessageUtils.getMessage(true, null, getNames());
//广播给所有的用户
broadcastAllUsers(message);
}
private void broadcastAllUsers(String message) {
try {
//遍历 onlineUsers 集合
Set<String> names = onlineUsers.keySet();
for (String name : names) {
//获取该用户对应的ChatEndpoint对象
ChatEndpoint chatEndpoint = onlineUsers.get(name);
//发送消息

chatEndpoint.session.getBasicRemote().sendText(message);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
private Set<String> getNames() {
return onlineUsers.keySet();
}
@OnMessage
//接收到消息时调用
public void onMessage(String message,Session session) {
try {
//获取客户端发送来的数据 {"toName":"张三","message":"你好"}
ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();
Message mess = mapper.readValue(message, Message.class);
//获取当前登录的用户名
String username = (String) httpSession.getAttribute("user");
//拼接推送的消息
String data = MessageUtils.getMessage(false, username, mess.getMessage());
//将数据推送给指定的客户端
ChatEndpoint chatEndpoint = onlineUsers.get(mess.getToName());

chatEndpoint.session.getBasicRemote().sendText(data);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
@OnClose
//连接关闭时调用
public void onClose(Session session) {
//获取用户名
String username = (String) httpSession.getAttribute("user");
//移除连接对象
onlineUsers.remove(username);
//获取需要推送的消息
String message = MessageUtils.getMessage(true, null, getNames());
//广播给所有的用户
broadcastAllUsers(message);
}
}

• GetHttpSessionConfigurator 配置类实现

public class GetHttpSessionConfigurator extends ServerEndpointConfig.Configurator {
@Override
public void modifyHandshake(ServerEndpointConfig config, HandshakeRequest request, HandshakeResponse response) {
HttpSession httpSession = (HttpSession) request.getHttpSession();
config.getUserProperties().put(HttpSession.class.getName(),httpSession);
}
}

作者简介：黑马程序员，努力打造高质量的IT人才服务平台