详解Tomcat7中WebSocket初探

2016年11月30日作者：PlusPlus1原文

HTML5中定义了WebSocket规范，该规范使得能够实现在浏览器端和服务器端通过WebSocket协议进行双向通信。

在Web应用中一个常见的场景是Server端向Client端推送某些消息，要实现这项功能，按照传统的思路可以有以下可选方案:

Ajax + 轮询：这种方案仅仅是一个模拟实现，本质还是HTTP请求响应的模式，由于无法预期什么时候推送消息，造成很多无效的请求；
通过 Flash等第三方插件：这种方式能够实现双向通信，但有一个前提条件就是依赖第三方插件，而在移动端浏览器大多数都不支持Flash.

随着Html5技术的普及，主流浏览器对HTML5标准的支持越来越好，利用浏览器原生支持WebSocket就可以轻松的实现上面的功能。只需要在浏览器端和服务器端建立一条WebSocket连接，就可以进行双向同时传递数据。相比于传统的方式，使用WebSocket的优点显而易见了：

主动的双向通信模式：相对于使用Ajax的被动的请求响应模式，主动模式下可以节省很多无意义的请求；
浏览器原生支持：简化了编程环境和用户环境，不依赖第三方插件；
高效省流量：以数据帧的方式进行传输，抛弃了HTTP协议中请求头，直接了当.

那么在实际中如何建立WebSocket连接？在浏览器端和服务器端如何针对WebSocket编程？

就此问题，下文描述了建立WebSocket连接的过程，浏览器端WebSocket接口，并以Tomcat 7 为例在服务器端编写WebSocket服务。

1. 建立WebSocket连接过程

关于WebSocket规范和协议参考 http://www.websocket.org/aboutwebsocket.html

设计WebSocket协议的一个重要原则就是能和现有的Web方式和谐共处，建立WebSocket连接是以HTTP请求响应为基础的，这个过程为 WebSocket握手 .

图下所示为一个WebSocket建立连接的请求和响应过程：

此处稍作解释一下：

浏览器向服务器发送一个 Upgrade 请求头，告诉服务器 “我想从 HTTP 协议切换到 WebSocket 协议”；
服务器端收到请求，如果支持 WebSocket ，则返回pUpgrade响应头，表示“我支持WebSocket协议，可以切换”；
浏览器接收响应头，从原来的HTTP协议切换WebSocket协议，WebSocket连接建立起来.

WebSocket连接建立在原来HTTP所使用的TCP/IP通道和端口之上，也就是说原来使用的是8080端口，现在还是使用8080端口，而不是使用新的TCP/IP连接。

数据帧传输支持Text和Binary两种方式：在使用Text方式时，以0x00为起始点，以0xFF结束，数据以UTF-8编码置于中间；对于Binary方式则没有结束标识，而是将数据帧长度置于数据前面。

2. 浏览器端 WebSocket编程接口

在浏览器端使用WebSocket之前，需要检测浏览器是否支持WebSocket，代码如下：

var socket=null; 
window.WebSocket = window.WebSocket || window.MozWebSocket; 
if (!window.WebSocket) { alert('Error: WebSocket is not supported .'); } 
else{ socket = new WebSocket('ws://...');}

Websocket接口定义如下：

interface WebSocket : EventTarget { 
 readonly attribute DOMString url; 
 // ready state 
 const unsigned short CONNECTING = 0; 
 const unsigned short OPEN = 1; 
 const unsigned short CLOSING = 2; 
 const unsigned short CLOSED = 3; 
 readonly attribute unsigned short readyState; 
 readonly attribute unsigned long bufferedAmount; 
 // networking 
 attribute EventHandler onopen; 
 attribute EventHandler onerror; 
 attribute EventHandler onclose; 
 readonly attribute DOMString extensions; 
 readonly attribute DOMString protocol; 
 void close([Clamp] optional unsigned short code, optional DOMString reason); 
 // messaging 
 attribute EventHandler onmessage; 
 attribute DOMString binaryType; 
 void send(DOMString data); 
 void send(Blob data); 
 void send(ArrayBuffer data); 
 void send(ArrayBufferView data); 
};

从上面定义中可以很清晰的看出：

通过send（）发向服务器送数据；
通过close（）关闭连接；
通过注册事件函数 onopen，onerror，onmessage，onclose 来处理服响应.

在index.jsp中编写编写代码如下：

<!DOCTYPE HTML> 
<html> 
<head> 
<title>WebSocket demo</title> 
<style> 
body {padding: 40px;} 
#outputPanel {margin: 10px;padding:10px;background: #eee;border: 1px solid #000;min-height: 300px;} 
</style> 
</head> 
<body> 
<input type="text" id="messagebox" size="60" /> 
<input type="button" id="buttonSend" value="Send Message" /> 
<input type="button" id="buttonConnect" value="Connect to server" /> 
<input type="button" id="buttonClose" value="Disconnect" /> 
<br> 
<% out.println("Session ID = " + session.getId()); %> 
<div id="outputPanel"></div> 
</body> 
<script type="text/javascript"> 
 var infoPanel = document.getElementById('outputPanel'); // 输出结果面板 
 var textBox = document.getElementById('messagebox'); // 消息输入框 
 var sendButton = document.getElementById('buttonSend'); // 发送消息按钮 
 var connButton = document.getElementById('buttonConnect');// 建立连接按钮 
 var discButton = document.getElementById('buttonClose');// 断开连接按钮 
 // 控制台输出对象 
 var console = {log : function(text) {infoPanel.innerHTML += text + "<br>";}}; 
 // WebSocket演示对象 
 var demo = { 
  socket : null, // WebSocket连接对象 
  host : '',  // WebSocket连接 url 
  connect : function() { // 连接服务器 
   window.WebSocket = window.WebSocket || window.MozWebSocket; 
   if (!window.WebSocket) { // 检测浏览器支持 
    console.log('Error: WebSocket is not supported .'); 
    return; 
   } 
   this.socket = new WebSocket(this.host); // 创建连接并注册响应函数 
   this.socket.onopen = function(){console.log("websocket is opened .");}; 
   this.socket.onmessage = function(message) {console.log(message.data);}; 
   this.socket.onclose = function(){ 
    console.log("websocket is closed ."); 
    demo.socket = null; // 清理 
   }; 
  }, 
  send : function(message) { // 发送消息方法 
   if (this.socket) { 
    this.socket.send(message); 
    return true; 
   } 
   console.log('please connect to the server first !!!'); 
   return false; 
  } 
 }; 
 // 初始化WebSocket连接 url 
 demo.host=(window.location.protocol == 'http:') ? 'ws://' : 'wss://' ; 
 demo.host += window.location.host + '/Hello/websocket/say'; 
 // 初始化按钮点击事件函数 
 sendButton.onclick = function() { 
  var message = textBox.value; 
  if (!message) return; 
  if (!demo.send(message)) return; 
  textBox.value = ''; 
 }; 
 connButton.onclick = function() { 
  if (!demo.socket) demo.connect(); 
  else console.log('websocket already exists .'); 
 }; 
 discButton.onclick = function() { 
  if (demo.socket) demo.socket.close(); 
  else console.log('websocket is not found .'); 
 }; 
</script> 
</html>

3. 服务器端WebSocket编程

Tomcat 7提供了WebSocket支持，这里就以Tomcat 7 为例，探索一下如何在服务器端进行WebSocket编程。需要加载的依赖包为 libcatalina.jar、libtomcat-coyote.jar

这里有两个重要的类：WebSocketServlet 和 StreamInbound，前者是一个容器，用来初始化WebSocket环境；后者是用来具体处理WebSocket请求和响应的。

编写一个Servlet类，继承自WebSocket，实现其抽象方法即可，代码如下：

package websocket; 
 
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; 
import javax.servlet.http.HttpServletRequest; 
import org.apache.catalina.websocket.StreamInbound; 
import org.apache.catalina.websocket.WebSocketServlet; 
 
public class HelloWebSocketServlet extends WebSocketServlet { 
 private static final long serialVersionUID = 1L; 
 
 private final AtomicInteger connectionIds = new AtomicInteger(0); 
 @Override 
 protected StreamInbound createWebSocketInbound(String arg0, 
   HttpServletRequest request) { 
  return new HelloMessageInbound(connectionIds.getAndIncrement(), request 
    .getSession().getId()); 
 } 
}

package websocket; 
 
import java.io.IOException; 
import java.io.InputStream; 
import java.io.Reader; 
import java.nio.CharBuffer; 
import org.apache.catalina.websocket.StreamInbound; 
import org.apache.catalina.websocket.WsOutbound; 
 
public class HelloMessageInbound extends StreamInbound { 
 
 private String WS_NAME; 
 private final String FORMAT = "%s : %s"; 
 private final String PREFIX = "ws_"; 
 private String sessionId = ""; 
 
 public HelloMessageInbound(int id, String _sessionId) { 
  this.WS_NAME = PREFIX + id; 
  this.sessionId = _sessionId; 
 } 
 
 @Override 
 protected void onTextData(Reader reader) throws IOException { 
  char[] chArr = new char[1024]; 
  int len = reader.read(chArr); 
  send(String.copyValueOf(chArr, 0, len)); 
 } 
 
 @Override 
 protected void onClose(int status) { 
  System.out.println(String.format(FORMAT, WS_NAME, "closing ......")); 
  super.onClose(status); 
 } 
 
 @Override 
 protected void onOpen(WsOutbound outbound) { 
  super.onOpen(outbound); 
  try { 
   send("hello, my name is " + WS_NAME); 
   send("session id = " + this.sessionId); 
  } catch (IOException e) { 
   e.printStackTrace(); 
  } 
 } 
 
 private void send(String message) throws IOException { 
  message = String.format(FORMAT, WS_NAME, message); 
  System.out.println(message); 
  getWsOutbound().writeTextMessage(CharBuffer.wrap(message)); 
 } 
 
 @Override 
 protected void onBinaryData(InputStream arg0) throws IOException { 
 } 
}

在Web.xml中进行Servlet配置：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> 
<web-app version="3.0" xmlns="http://java.sun.com/xml/ns/javaee" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" 
 xsi:schemaLocation="http://java.sun.com/xml/ns/javaee 
 http://java.sun.com/xml/ns/javaee/web-app_3_0.xsd"> 
 <display-name>websocket demo</display-name> 
 <servlet> 
  <servlet-name>wsHello</servlet-name> 
  <servlet-class>websocket.HelloWebSocketServlet</servlet-class> 
 </servlet> 
 <servlet-mapping> 
  <servlet-name>wsHello</servlet-name> 
  <url-pattern>/websocket/say</url-pattern> 
 </servlet-mapping> 
 
 <welcome-file-list> 
  <welcome-file>index.jsp</welcome-file> 
 </welcome-file-list> 
</web-app>

4. 结果

这里看到 WebSocket建立的连接所访问的Session和HTTP访问的Session是一致的。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持来客网。