WebSocket详细介绍以及与HTTP的区别和归纳

最新推荐文章于 2025-02-13 23:44:12 发布

dr李四维

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分类专栏：全栈文章标签： websocket 网络协议网络 java 后端前端 http

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一、WebSocket与HTTP的区别

区别介绍：

WebSocket流程详述：

下面是一个简单的对于WebScoket的使用：

3. 创建WebSocket端点（Endpoint）

4. 处理消息

5. 客户端代码

6. 运行项目

四、WebSocket技术重难点以及解决方案：

一、技术重难点

二、解决方法

五、总结

在Java项目中使用WebSocket，就像是在两个朋友（客户端和服务器）之间搭建了一条高速通道，让他们可以随时随地进行双向沟通，而不需要再通过传统的“你问我答”的方式（即HTTP的请求-响应模式）。下面，我将通过一些比喻和例子来介绍WebSocket与HTTP的区别以及如何在Java项目中使用WebSocket。

WebSocket应用场景和在项目中的使用：

视频弹幕页面没有刷新，但是弹幕随时都会出现在浏览器界面上-通过WebSocket主动将信息推送到浏览器上来
网页聊天 WebSocket最典型的应用场景，通过服务器将消息主动推送到网页上
体育实况更新页面没有刷新，但是数据会实时更新
股票基金报价实时更新并不需要页面发请求去获取数据，而是服务器主动推上来的数据

一、WebSocket与HTTP的区别

区别介绍：

WebSocket是基于TCP的一种新的网络协议。它实现了浏览器与服务器双工通信—浏览器和服务器只需要完成一次握手，两者之间就可以创建持久性的连接，并进行双向数据传输。简单来说就是浏览器可以向服务器传输数据，同时服务器也可以同时向浏览器来传输数据。

想象一下，WebSocket就像是一条连接客户端和服务器的隐形电话线，两端可以随时拿起电话（发送数据）或放下电话（接收数据），而不需要每次都通过接线员（HTTP服务器）来转接。

而在Java项目中使用WebSocket，就像是在两个朋友（客户端和服务器）之间搭建了一条高速通道，让他们可以随时随地进行双向沟通，而不需要再通过传统的“你问我答”的方式（即HTTP的请求-响应模式）。

浏览器可以向服务器传输数据，同时服务器也可以同时向浏览器来传输数据，看到它这个特点可以想一下http，显然http不可以做到这个效果。

客户端发送请求之后会和服务器建立连接，当服务器响应完之后，这个连接就不存在了，所以基于HTTP建立的连接可以称之为短连接。如果客户端想要和服务器进行再一次交互，那么需要再进行一次请求，就是第二个连接了，和第一个没关系。

WebSocket流程详述：

Client（客户端浏览器）→

发送请求Handshake（握手）-客户端与服务端建立连接 →

服务器给客户端一个应答Acknowledgement(一旦应答上之后，客户端浏览器就和服务器建立好了连接，客户端和服务器就可以进行双向通信了-浏览器既可以主动向服务器发送数据，同时服务器也可以向客户端浏览器来主动发送数据-强调的是双向消息双向数据通信-例如现实中打电话)右边的柱子表示生命周期称为长连接或持久性连接。

而基于HTTP协议创建的连接是短连接。

下面是一个简单的对于WebScoket的使用：

@Component

Public WebScocketTask {

@Autowired

Private WebSocketSever webSocketSever;

/**

*通过WebSocket每隔5秒向客户端发送消息

*/

@Scheduled(cron = “0/5 * * * * ?”)

Public void sendMessageToClient(){

webSocketServer.sendToAllClient(“这是来自服务端的消息” + DateTimeFormatter.ofPattern(“HH:mm:ss”).format(LocalDateTime.now()));

}

}

二、WebSocket使用步骤与比喻

添加依赖：
- 在Java项目中，要使用WebSocket，首先需要添加相应的依赖。这就像是为你的电话线购买所需的设备和材料。
- 例如，在Maven项目中，你可以添加spring-boot-starter-websocket依赖，这样你的项目就具备了使用WebSocket的能力。
创建WebSocket服务端：
- 接下来，你需要创建一个WebSocket服务端，这就像是在电话线的一端安装一个电话机（服务器）。
- 使用@ServerEndpoint注解来指定WebSocket的端点URL，这就像是为你的电话机设置一个电话号码。

当客户端连接到这个端点时，会触发@OnOpen方法，这就像是电话机响起，表示有电话接入了。

@ServerEndpoint("/ws/{sid}") 
public class WebSocketServer { 
// ... 
@OnOpen 
public void onOpen(Session session, @PathParam("sid") String sid) { 
// 客户端建立连接时的逻辑 
} 
// ... 
}

3. 处理客户端消息：

当客户端发送消息时，会触发@OnMessage方法，这就像是电话机接收到对方的语音信息。
你可以在这个方法中处理客户端发送的消息，并通过Session对象将回复消息发送给客户端，这就像是你拿起电话，向对方回复你的信息。

@OnMessage 
public void onMessage(String message, @PathParam("sid") String sid) { 
// 处理客户端发送的消息 
// ... 
// 回复消息给客户端 
session.getAsyncRemote().sendText("Server received: " + message); 
}

4. 关闭连接：

当客户端或服务器想要关闭连接时，会触发@OnClose方法，这就像是电话通话结束，双方挂断了电话。

@OnClose 
public void onClose(Session session) { 
// 连接关闭时的逻辑 
}

5. 前端代码：

在前端，你可以使用JavaScript的WebSocket API来连接到WebSocket服务器，并发送和接收消息。这就像是在电话线的另一端安装另一个电话机（客户端），并拨打对方的电话号码来建立通话。

<script type="text/javascript"> 
var websocket = new WebSocket("ws://localhost:8080/ws/someSid"); 
websocket.onopen = function() { 
console.log("连接成功"); 
}; 
websocket.onmessage = function(event) { 
console.log("收到消息：" + event.data); 
}; 
websocket.onclose = function() { 
console.log("连接关闭"); 
}; 
// 发送消息 
websocket.send("Hello, Server!"); 
</script>

三、应用场景与详细配置

WebSocket的应用场景非常广泛，比如在线聊天室、实时数据推送、协同编辑等。这些场景都可以看作是不同形式的“电话通话”。

在线聊天室：就像是一群朋友通过电话线进行群聊，每个人都可以随时发言，其他人也可以立即听到。
实时数据推送：就像是电话线的一端连接着一个实时更新的数据源（如股票价格），另一端则是一个接收器（如客户端），数据源可以随时将更新后的数据发送给接收器。
协同编辑：就像是多个朋友通过电话线共同编辑一份文档，每个人都可以看到其他人的编辑内容，并实时进行更新。

在Java项目中使用WebSocket涉及几个关键步骤，包括配置服务器、创建WebSocket端点（Endpoint）、处理消息以及管理连接。以下是一个详细的指南，帮助你了解如何在Java项目中使用WebSocket。

1. 添加依赖

首先，确保你的项目包含必要的WebSocket依赖。如果你使用的是Maven，可以在pom.xml文件中添加以下依赖（以Spring Boot为例）：

<dependencies> 
<!-- Spring Boot Starter Web, which includes WebSocket support --> 
<dependency> 
<groupId>org.springframework.boot</groupId> 
<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId> 
</dependency> 
</dependencies>

如果你不使用Spring Boot，可以使用标准的Java EE WebSocket API，添加以下依赖：

<dependency> 
<groupId>javax.websocket</groupId> 
<artifactId>javax.websocket-api</artifactId> 
<version>1.1</version> 
</dependency>

2. 配置WebSocket服务器

在Spring Boot中，你通常不需要显式配置WebSocket服务器，因为Spring Boot会自动配置它。但是，你可以通过实现WebSocketConfigurer接口来自定义配置。

import org.springframework.context.annotation.Configuration; 
import org.springframework.web.socket.config.annotation.EnableWebSocket; 
import org.springframework.web.socket.config.annotation.WebSocketConfigurer; 
import org.springframework.web.socket.config.annotation.WebSocketHandlerRegistry; 

@Configuration 
@EnableWebSocket 
public class WebSocketConfig implements WebSocketConfigurer { 

@Override 
public void registerWebSocketHandlers(WebSocketHandlerRegistry registry) { 
registry.addHandler(new MyWebSocketHandler(), "/ws") 
.setAllowedOrigins("*"); // Allow cross-origin requests for testing 
} 
}

3. 创建WebSocket端点（Endpoint）

WebSocket端点是处理WebSocket连接和消息的核心组件。在Spring中，你可以通过实现TextWebSocketHandler来创建一个简单的端点。

import org.springframework.web.socket.TextMessage; 
import org.springframework.web.socket.WebSocketSession; 
import org.springframework.web.socket.handler.TextWebSocketHandler; 

public class MyWebSocketHandler extends TextWebSocketHandler { 

@Override 
public void afterConnectionEstablished(WebSocketSession session) throws Exception { 
System.out.println("Connection established with session id: " + session.getId()); 
} 

@Override 
protected void handleTextMessage(WebSocketSession session, TextMessage message) throws Exception { 
System.out.println("Received message: " + message.getPayload()); 
session.sendMessage(new TextMessage("Hello, client! You sent: " + message.getPayload())); 
} 

@Override 
public void afterConnectionClosed(WebSocketSession session, CloseStatus status) throws Exception { 
System.out.println("Connection closed with session id: " + session.getId()); 
} 
}

4. 处理消息

在上面的MyWebSocketHandler中，handleTextMessage方法用于处理从客户端接收到的文本消息。你可以在这个方法中实现你的业务逻辑，例如处理请求、调用服务或发送响应。

5. 客户端代码

为了测试你的WebSocket服务器，你需要一个客户端。以下是一个简单的HTML和JavaScript示例，展示了如何连接到WebSocket服务器并发送/接收消息。

<!DOCTYPE html> 
<html> 
<head> 
<title>WebSocket Test</title> 
</head> 
<body> 
<h1>WebSocket Test</h1> 
<button onclick="sendMessage()">Send Message</button> 
<div id="messages"></div> 

<script> 
let socket = new WebSocket("ws://localhost:8080/ws"); 

socket.onopen = function(event) { 
document.getElementById("messages").innerHTML += "<p>Connection opened.</p>"; 
}; 

socket.onmessage = function(event) { 
document.getElementById("messages").innerHTML += "<p>Received: " + event.data + "</p>"; 
}; 

socket.onclose = function(event) { 
document.getElementById("messages").innerHTML += "<p>Connection closed.</p>"; 
}; 

function sendMessage() { 
let message = prompt("Enter a message:"); 
socket.send(message); 
} 
</script> 
</body> 
</html>

6. 运行项目

确保你的Spring Boot应用程序正在运行，然后打开你的HTML文件，点击按钮发送消息。你应该能够在服务器控制台看到接收到的消息，并在HTML页面上看到服务器的响应。

WebSocket在实时通信和双向数据传输方面展现出显著优势，但在实际应用中也面临一些技术重难点。以下是对这些难点的总结以及相应的解决方法：

四、WebSocket技术重难点以及解决方案：

一、技术重难点

连接建立与保持
- WebSocket初始连接负担较大，频繁建立和保持连接的开销较高。
- 网络不稳定或服务器故障可能导致连接断开，影响用户体验。
消息传递与数据完整性
- WebSocket基于TCP协议，在消息传递过程中可能出现丢包、乱序等问题。
- 传输的数据可能受到中间人攻击，导致数据泄露或篡改。
安全性
- WebSocket连接可能受到跨站脚本攻击（XSS）、跨站请求伪造（CSRF）等安全威胁。
- 未加密的TCP通道可能导致敏感数据泄露。
资源管理与负载均衡
- 大量并发WebSocket连接可能耗尽服务器资源，导致拒绝服务（DoS）攻击。
- 多个Web服务器提供WebSocket服务时，需要进行负载均衡。

二、解决方法

连接建立与保持
- 连接池管理：引入连接池技术，通过维护一个连接池来复用连接，降低频繁建立和关闭连接的开销。
- 心跳机制：实施定时的心跳机制，周期性地向服务器发送心跳消息，确保连接保持活跃。
- 长连接：利用WebSocket协议的长连接特性，设置适当的超时时长，降低短时间内频繁重新建立连接的成本。
消息传递与数据完整性
- 消息格式验证：确保WebSocket发送的每个消息都按照特定的格式进行打包和解包，使用如JSON等标准格式进行编码和解码。
- 消息序号与重组：在发送消息时添加消息序号，并在接收方进行消息重组，以确保消息的顺序和完整性。
- 加密通信：使用安全的传输层协议（如TLS/SSL）对WebSocket通信进行加密，确保数据在传输过程中的机密性和完整性。
安全性
- 身份验证与授权：在WebSocket连接建立时，进行适当的身份验证和授权，以确保只有经过授权的用户可以建立连接和发送消息。
- 输入验证与过滤：对从用户输入中获取的数据进行严格的验证和过滤，防止XSS攻击等安全威胁。
- CSRF防御机制：使用适当的CSRF防御机制，如生成和验证CSRF令牌，确保只有合法来源的请求能够执行敏感操作。
资源管理与负载均衡
- 资源限制与控制：实施适当的资源限制和控制，例如限制每个用户的并发连接数或消息发送频率，以防止资源耗尽攻击。
- 负载均衡：使用反向代理服务器或负载均衡软件（如Nginx）将客户端的请求分配给多个WebSocket服务器，以实现负载均衡和故障转移。

五、总结

以上步骤展示了如何在Java项目中使用WebSocket，包括配置服务器、创建端点、处理消息以及编写客户端代码。你可以在Java应用中集成WebSocket功能，实现实时通信。综上所述，WebSocket技术虽然具有显著优势，但在实际应用中也面临一些技术重难点。通过采用上述解决方法，可以有效地解决这些问题，确保WebSocket通信的稳定性和安全性。

如果您想了解更多，您还可以访问WebScoket官网http://www.websocket.org/来学习。

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