Springboot 整合 Websocket 轻松实现 IM 及时通讯-51CTO.COM

一、方案实践

集成分为三步：添加依赖、增加配置类和消息核心类、前端集成。

1.1、添加依赖

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-websocket</artifactId>
    <version>2.1.13.RELEASE</version>
</dependency>

1.2、增加WebSocket配置类

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.web.socket.server.standard.ServerEndpointExporter;

/**
 * WebSocket配置
 */
@Configuration
public class WebSocketConfig {
    @Bean
    public ServerEndpointExporter serverEndpointExporter() {
        return new ServerEndpointExporter();
    }
}

1.3、增加消息核心类WebSocketServer

@ServerEndpoint("/websocket/{userId}")
@Component
@Slf4j
public class WebSocketServer {
    // 消息存储
    private static MessageStore messageStore;
    // 消息发送
    private static MessageSender messageSender;

    public static void setMessageStore(MessageStore messageStore) {
        WebSocketServer.messageStore = messageStore;
    }

    public static void setMessageSender(MessageSender messageSender) {
        WebSocketServer.messageSender = messageSender;
    }

    /**
     * 连接建立成功调用的方法
     */
    @OnOpen
    public void onOpen(Session session, @PathParam("userId") String userId) {
        messageStore.saveSession(session);
    }

    /**
     * 连接关闭调用的方法
     */
    @OnClose
    public void onClose(Session session, @PathParam("userId") String userId) {
        messageStore.deleteSession(session);
    }

    /**
     * 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
     */
    @OnMessage
    public void onMessage(String message, Session session) throws Exception {
        log.warn("=========== 收到来自窗口" + session.getId() + "的信息:" + message);
        handleTextMessage(session, new TextMessage(message));
    }

    /**
     * @param session
     * @param error
     */
    @OnError
    public void onError(Session session, @PathParam("userId") String userId, Throwable error) {
        log.error("=========== 发生错误");
        error.printStackTrace();
//        msgStore.deleteSession(session);
    }

    public void handleTextMessage(Session session, TextMessage message) throws Exception {
        log.warn("=========== Received message: {}", message.getPayload());
    }
}

1.4、前端页面加入socket

<!DOCTYPE html>
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/html">
  <head>
    <title>WebSocket Example</title>
  </head>
  <body>
    登录用户ID：<input type="text" id="sendUserId" /></br>
    接受用户ID：<input type="text" id="receivedUserId" /></br>
    发送消息内容：<input type="text" id="messageInput" /></br>
    接受消息内容：<input type="text" id="messageReceive" /></br>
    <button onclick="sendMessage()">Send</button>

    <script>
      var socket = new WebSocket("ws://localhost:8080/websocket/aaa");
      var roomId = "123456";
      // 随机产出六位数字
      var sendUserId = Math.floor(Math.random() * 1000000);

      document.getElementById("sendUserId").value = sendUserId;
      var messageReceive = document.getElementById("messageReceive");


      socket.onopen = function (event) {
        console.log("WebSocket is open now.");
        let loginInfo = {
          msgType: 2, //登录消息
          sendUserId: sendUserId,
          bizType: 1, //业务类型
          bizOptModule: 1, //业务模块
          roomId: roomId,
          msgBody: {},
        };
        socket.send(JSON.stringify(loginInfo));
      };

      socket.onmessage = function (event) {
        var message = event.data;
        console.log("Received message: " + message);
        messageReceive.value = message;
      };

      socket.onclose = function (event) {
        console.log("WebSocket is closed now.");
      };

      function sendMessage() {
        var message = document.getElementById("messageInput").value;
        var receivedUserId = document.getElementById("receivedUserId").value;
        let operateInfo = {
          msgType: 100, //业务消息
          sendUserId: sendUserId,
          bizType: 1, //业务类型
          bizOptModule: 1, //业务模块
          roomId: roomId,
          receivedUserId: receivedUserId,
          msgBody: {
            operateType: 1, //操作类型：禁言
            operateContent: "1",
          },
        };
        socket.send(JSON.stringify(operateInfo));
      }

      setInterval(() => {
        socket.send("ping");
      }, 30000);
    </script>
  </body>
</html>

二、小型及时通讯包含的模块

以上只是集成了Websocket框架，实现了基本的全双工通信，服务器和客户端都可以同时发送和接收数据。要想实现一些小型完整的及时通讯，还需要具备以下几个核心模块。架构图如下：

2.1、架构图

图片

2.2、消息对象模型

组织消息内容，比如消息类型、发送者用户ID、接受者用户ID、具体的消息体等。比如：

public class SocketMsg<T> {

    /**
     * 消息类型：1心跳  2登录 3业务操作
     */
    private Integer msgType;

    /**
     * 发送者用户ID
     */
    private String sendUserId;
    /**
     * 接受者用户ID
     */
    private String receivedUserId;

    /**
     * 业务类型
     */
    private Integer bizType;

    /**
     * 业务操作模块
     */
    private Integer bizOptModule;

    /**
     * 消息内容
     */
    private T msgBody;
}

2.3、消息存储模块

负责存储消息内容、用户ID和sessionID的关系，防止数据丢失或者服务器重启等。

2.4、消息发送模块

功能开发完毕，一般部署到分布式集群环境，所以通讯时session会分布在多台服务器。比如用户A的session在机器1，用户B的session在机器2，此时A发送给B，就无法单独通过机器1完成。

因为机器1拿不到机器2里的session，所以消息发不过去。此时只能借助别的中间件来实现，比如借助消息中间件kafka实现。

机器1将消息发送给kafka，然后机器1和机器2都监听kafka，然后查看用户对应的session是否在本机，如果在本机则发送出去。

2.5、消息推送模块

模块3提到的消息发送流程中，消息发送给消息中间件，然后服务器消费到消费，在通过本机的session推送给客户端。

三、遇到的几个问题

3.1、连接自动断开

WebSocket连接之后，发现一个问题：每隔一段时间如果不传送数据的话，与前端的连接就会自动断开。可以采用心跳消息的方式来解决这个问题。比如客服端每隔30秒自动发送ping消息给服务端，服务端返回pong。

3.2、Session无法被序列化

分布式场景会存在这样的问题：当一次请求负载到第一台服务器时，session在第一台服务器线程上，第二次请求，负载到第二台服务器上，此时通过userId查找当前用户的session时，是查找不到的。

本来想着把session存入到redis中，就可以从redis获取用户的session，希望用这种方式来解决分布式场景下消息发送的问题。但是会出现如下错误：

The remote endpoint was in state [STREAM_WRITING] which is an invalid state for called method

翻看了session源码，发现session无法被序列化。所以这个方案只能放弃。解决方案请看下面的问题5或者上面的架构图。

3.3、对象无法自动注入

使用了@ServerEndpoint注解的类中使用@Resource或@Autowired注入对象都会失败，并且报空指针异常。

原因是WebSocket服务是线程安全的，那么当我们去发起一个ws连接时，就会创建一个端点对象。WebSocket服务是多对象的，不是单例的。而我们的Spring的Bean默认就是单例的，在非单例类中注入一个单例的Bean是冲突的。

或者说：

Spring管理采用单例模式（singleton），而 WebSocket 是多对象的，即每个客户端对应后台的一个 WebSocket 对象，也可以理解成 new 了一个 WebSocket，这样当然是不能获得自动注入的对象了，因为这两者刚好冲突。

@Autowired 注解注入对象操作是在启动时执行的，而不是在使用时，而 WebSocket 是只有连接使用时才实例化对象，且有多个连接就有多个对象。所以我们可以得出结论，这个 Service 根本就没有注入到 WebSocket 当中。

如何解决呢？

使用静态对象，并且对外暴露set方法，这样在对象初始化的时候，将其注入到WebSocketServer中。比如说这样：

@ServerEndpoint("/websocket/{userId}")
@Component
@Slf4j
public class WebSocketServer {
  private static MessageStore messageStore;
  private static MessageSender messageSender;

  public static void setMessageStore(MessageStore messageStore) {
      WebSocketServer.messageStore = messageStore;
  }

  public static void setMessageSender(MessageSender messageSender) {
      WebSocketServer.messageSender = messageSender;
  }
}


@Slf4j
@Service
public class MessageStore {
    @Autowired
    private RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;

    @PostConstruct
    public void init() {
        WebSocketServer.setMessageStore(this);
    }
}

3.4、分布式场景消息如何发给客户端

问题2中提到了分布式场景下存在的session不在本机的问题，这种场景可以通过发送消息中间件的方式解决。具体这样解决：

每次连接时，都将userId和对应的session存入到本机，发送消息时，直接发送给MQ-Broker，然后每台应用负载都去消费这个消息，拿到消息之后，判断在本机能根据userId是否能找到session，找到session则推送到客户端。

3.5、部署时Nginx配置问题

代码开发完毕之后，本机跑通后，然后部署到服务器之后，还差很重要的一步：配置nginx代理。

3.5.1、给后端应用部署独立域名

要给后端应用部署独立域名，nginx代理直接转发到应用的独立域名，不要走微服务的gateway网关转发过去。

3.5.2、多层nginx转发问题

当只有一层nginx的时候，配置比较简单，如下：

location ~* ^/api/websocket/* {
      proxy_pass http://mangodwsstest.mangod.top;
      
      proxy_read_timeout 300s;
      proxy_send_timeout 300s;
      proxy_set_header Host mangodwsstest.mangod.top;
      proxy_http_version 1.1;
      proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
      proxy_set_header Connection "Upgrade";
      proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
 }

但是，当有两层nginx转发的时候，问题就出现了。

在最外层的nginx需要使用如下配置，不能照抄后面一层的配置。proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for和proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme这两个配置不能少，用来将协议和真实IP传递给后面一层的nginx。

location ~* ^/api/websocket/* {
      proxy_pass http://mangodwsstest.mangod.top;

      proxy_read_timeout 300s;
      proxy_send_timeout 300s;
      proxy_set_header  Host $http_host;
      proxy_set_header  X-Real-IP  $remote_addr;
      proxy_set_header  X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
      proxy_set_header  X-Forwarded-Proto $scheme;
      proxy_http_version 1.1;
      proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
      proxy_set_header Connection $connection_upgrade;
}