Netty学习（五）- 基于Netty的WebSocket协议栈开发

0、前言

HTTP协议作为客户端-服务端之间的通信方式，得到了很多的应用。但是HTTP协议有很多的弊端：

• 半双工：HTTP协议为半双工协议，这意味着客户端、服务端之间同一时刻只能有一端发送数据；
• 消息结构复杂：HTTP协议包含消息头、消息体等内容，消息结构比较复杂和繁琐；
• 长连接机制耗费服务器资源：为了实现实时通信，很多网站都采用长连接的方式，由客户端每隔固定时间（如1s）发送HTTP请求到服务端看服务端是否有响应。而服务端有时候可能没有响应，发送的HTTP请求就显得鸡肋，且会占用很多带宽或服务器资源。

为了解决HTTP协议效率低下的问题，HTML5定义了WebSocket协议来节省服务器资源和实时通信。

一、WebSocket协议简介

1、WebSocket协议简介

WebSocket协议是基于TCP的双向全双工网络通信技术,是一种较新的技术，伴随HTML5规范而生，大多浏览器都支持。
WebSocket协议和HTTP协议一样，都是OSI模型中应用层协议。

（注：图片来源：imooc.com/article/290121）

WebSocket首先借助HTTP协议进行握手，握手成功后就变成全双工的TCP通道进行通信。浏览器和服务器建立TCP连接后，就建立一条快速通道，可以通过快速通道互相传送数据。

（注：图片来源：imooc.com/article/290121）

WebSocket协议的特点：

• 基于TCP连接，采用全双工模式通信；
• 通过"ping/pong"帧保持链路激活；
• 服务器可以主动传递消息给客户端，不需要客户端轮询；
• 无头部信息、Cookie和身份验证；
• 对代理、防火墙和路由器透明；
• 无安全开销；

2、WebSocket连接过程

为了建立WebSocket连接，首先由客户端发送一个带有附加头信息："Upgrade:WebSocket"的HTTP请求，表明不是普通的HTTP请求，是申请协议升级的HTTP请求；

服务端接收到请求进行解析生成应答信息返回给客户端，这样就建立了WebSocket连接。双方就可以通过这个连接自由传递消息，直到某一方主动关闭连接。

WebSocket的关闭需要通过一个安全的方法关闭底层的TCP连接。正常情况下应答由服务器主动去关闭；异常情况下客户端也可以主动发起关闭。

二、Netty WebSocket协议实战

下面基于Netty实现一个Websocket协议的简易聊天室。

1、服务端

（1）首先创建Netty Server。Netty Server添加了消息编解码、Http消息整合、WebSocket处理等Handler.
代码如下：

package com.wgs.netty.demo5_netty4websocket;

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.*;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.http.HttpObjectAggregator;
import io.netty.handler.codec.http.HttpServerCodec;
import io.netty.handler.stream.ChunkedWriteHandler;

/**
 * Created by wanggenshen
 * Date: on 2019/8/15 00:15.
 * Description: 基于Netty的WebSocket协议服务端
 */
public class NettyWebSocketServer {
   

    public static void connect(int port) throws InterruptedException {
   
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
        EventLoopGroup workGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
   
            ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
            bootstrap.group(bossGroup, workGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024)
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
   
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
   
                            ch.pipeline()
                                    .addLast("codec", new HttpServerCodec())
                                    .addLast("aggregator", new HttpObjectAggregator(1024 * 1024))
                                    .addLast("chunkHandler", new ChunkedWriteHandler())
                                    .addLast("nettyWebSocketHandler", new NettyWebSocketHandler());

                        }
                    }