微服务springcloud环境下基于Netty搭建websocket集群实现服务器消息推送----netty是yyds

netty搭建websocket

• 1、背景
• 2、websocket
• 3、netty
• 3.1 socket
• 3.2 Java IO模型
• 3.3 netty
• 3.3.1 概念：
• 3.3.2 三大特点：
• 3.3.3 主从Reactor架构图
• 3.3.4 应用场景
• 4、springcloud环境下使用netty搭建websocket
• 4.1 系统设计架构图
• 4.2 架构中存在的六大经典问题
• 4.3 引入pom依赖和yml配置
• 4.4 Websocket 初始化器
• 4.5 websocket 通道初始化器
• 4.6 websocket 入站处理器
• 4.7 channel中任务队列的线程任务
• 4.8 websocket启动程序
• 4.9 问题六解决方案
• 4.10 前端代码
• 4.11 wesocket在nginx中配置
• 4.12 效果图
• 5、总结

我们在实际的工作开发中，必然会遇到一些需要网页与服务器端保持连接（起码看上去是保持连接）的需求，比如类似微信网页版的聊天类应用，比如需要频繁更新页面数据（实时数据例如天气，电流电压，pm2.5等等这样类似的数据）的监控系统页面或股票看盘页面，比如服务器读取MySQL或者redis或者第三方的数据主动推送给浏览器客户端等等业务场景。我们通常采用如下几种技术：

（1）短轮询：前端老师利用ajax定期向服务器发起http请求，无论数据是否更新立马返回数据。这样存在的缺点就是，一方面如果后端数据木有更新，那么这一次http请求就是无用的，另一方面高并况下，短链接的频繁创建销毁，以及客户端数量过大造成过多无用的http请求，都会对服务器和带宽造成压力，短轮询只适用于客户端连接少，并发量不高的场景；
（2）长轮询：利用comet不断向服务器发起请求，服务器将请求暂时挂起，直到有新的数据的时候才返回，相对短轮询减少了请求次数得到了一定的优化，但是在高并发的场景下依然不适用；
（3）SSE：服务端推送（Server Send Event），在客户端发起一次请求后会保持该连接，服务器端基于该连接持续向客户端发送数据，从HTML5开始加入。
（4）Websocket：这是也是一种保持长连接的技术，并且是双向的，从HTML5开始加入，并非完全基于HTTP，适合于频繁和较大流量的双向通讯场景，是服务器推送消息功能的最佳实践。而实现websocket的最佳方式，就是netty。

网上的很多netty搭建websocket的博文都不够全面，有很多问题都木有解决方式，我通过实际工作中的经验，把常遇到的问题总结了方法，下文会说到！

什么是websocekt呢？
websocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议。也就是一种保持长连接的技术，并且是双向的。
websocket协议本身是构建在http协议之上的升级协议，客户端首先向服务器端去建立连接，这个连接本身就是http协议只是在头信息中包含了一些websocket协议的相关信息，一旦http连接建立之后，服务器端读到这些websocket协议的相关信息就将此协议升级成websocket协议。WebSocket使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单，允许服务端主动向客户端推送数据。在WebSocket API中，浏览器和服务器只需要完成一次握手，两者之间就直接可以创建持久性的连接，并进行双向数据传输。
简单理解，就是一种通讯协议，重点是websocket的实现方式–netty。

什么是netty呢?
我们在大学里学习Java基础的时候，想必都学过socket网络编程吧！我们在这里一起复习一下！

（1）网络编程本质就是说两个设备之间信息的发送与接收，通过操作相应API调度计算机硬件资源，并且利用管道（网线）进行数据交互的过程。相关技术点像ISO七层模型，TCP三次握手/四次挥手等网络编程的基础不再赘述。
（2）而socket是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口（API），通过Socket发起系统调用操作系统内核，我们才能使用TCP/IP协议。
（3）我们经常说的I/O，在计算机中指Input/Output,即输入输出，实质上IO分为两种，一种是磁盘IO，磁盘上的数据读取到用户空间，那么这次数据转移操作其实就是一次I/O操作，也就是一次文件I/O。一种是网络IO，当一个客户端和服务端之间相互通信,交互我们称之为网络io(网络通讯)

3.3.1 概念：

netty是一个开源异步的事件驱动的网络应用程序框架，用于快速开发可维护的高性能协议服务器和客户端。

3.3.2 三大特点：

①高并发：Netty 是一款基于 NIO（Nonblocking IO，非阻塞IO）开发异步事件驱动的高性能网络通信框架，nio使用了select模型（多路复用器技术），从而使得系统在单线程的情况下可以同时处理多个客户端请求。Netty使用了Reactor模型，Reactor模型有三种多线程模型，netty是在主从 Reactor 多线程模型上做了一定的改进。Netty有两个线程组，一个作为bossGroup线程组,负责客户端接收,一个workerGroup线程组负责工作线程的工作(与客户端的IO操作和任务操作等等)，Netty 的所有 IO 操作都是异步非阻塞的，通过 Future-Listener 机制，用户可以方便的主动获取或者通过通知机制获得 IO 操作结果。他的并发性能得到了很大提高。
②传输快：Netty 的传输依赖于零拷贝特性，实现了更高效率的传输。零拷贝要求内核（kernel）直接将数据从磁盘文件拷贝到Socket缓冲区（套接字），而无须通过应用程序。零拷贝减少不必要的内存拷贝，不仅提高了应用程序的性能，而且减少了内核态和用户态上下文切换。
③封装好：Netty 封装了 NIO 操作的很多细节，提供了易于使用调用接口。如果你用过或者见过nio代码，你会感觉netty真的yyds！！！

3.3.3 主从Reactor架构图

3.3.4 应用场景

①现在物联网的应用无处不在，大量的项目都牵涉到应用传感器和服务器端的数据通信，Netty作为基础通信组件进行网络编程。
②现在互联网系统讲究的都是高并发、分布式、微服务，各类消息满天飞，Netty在这类架构里面的应用可谓是如鱼得水，如果你对当前的各种应用服务器不爽，那么完全可以基于Netty来实现自己的HTTP服务器，FTP服务器，UDP服务器，RPC服务器，WebSocket服务器，Redis的Proxy服务器，MySQL的Proxy服务器等等。
现在非常多的开源软件都是基于netty开发的，例如阿里分布式服务框架 Dubbo 的 RPC 框架，淘宝的消息中间件 RocketMQ；
③游戏行业：无论是手游服务端还是大型的网络游戏，Java 语言得到了越来越广泛的应用。Netty 作为高性能的基础通信组件，它本身提供了 TCP/UDP 和 HTTP 协议栈。地图服务器之间可以方便的通过 Netty 进行高性能的通信。
④大数据：开源集群运算框架 Spark；分布式计算框架 Storm；

第一个问题：客户端和服务端单独通信，怎么实现？
第二个问题：单机中websocekt主动向所有客户端推送消息如何实现？在集群中如何实现？
第三个问题：单机如何统计同时在线的客户数量？websocket集群如何统计在线的客户数量呢？
第四个问题：由于客户端和websocket服务器集群中的某个节点建立长连接是随机的，如何解决服务端向某个或某些部分客户端推送消息？
第五个问题：websocket服务端周期性向客户端推送消息，单机或集群中如何实现？
第六个问题：websocket集群中一个客户端向其他客户端主动发送消息，如何实现？
福利来啦！！以上所有问题，已在代码中全部解决并实践！！！

（1）pom依赖

（2）yml配置

(3) 客户端和服务端交互的消息体

nginx.conf中的配置