详解Tomcat7中WebSocket初探

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：

1. 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”；
2. 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”；
3. 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 \lib\catalina.jar、\lib\tomcat-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我们。