Netty实现WebSocket及分布式解决方案

2024-09-02 08:52
文章标签 实现 解决方案 websocket 分布式 netty

本文主要是介绍Netty实现WebSocket及分布式解决方案，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

在项目中面临了两个关键需求：一是实时数据获取，二是轻量级的即时通讯功能。传统的轮询机制虽然也能够从服务器获取数据，但它存在明显的不足：首先，它无法实现真正的实时性，；其次，频繁的请求会占用宝贵的客户端资源，影响用户体验，并增加服务器的负载。

针对这些挑战，我们选择了WebSocket协议作为解决方案。WebSocket提供了一种持久的连接方式，允许服务器主动、即时地向客户端推送最新数据，从而确保了信息的实时更新。这种全双工通信机制不仅提高了数据传输的效率，还显著降低了客户端的资源消耗。同时通过WebSocket，我们能够构建一个轻量级、响应迅速的通讯平台，简单的实现了用户间的互动。

WebSocket与Http对比

  • 协议类型
    • HTTP：是一个无状态、请求/响应式的协议，通常用于客户端（如浏览器）和服务器之间的一次性事务处理。它是基于TCP的文本协议，用于分布式、协作式、超媒体信息系统。
    • WebSocket：是一个持久化的协议，提供了全双工通信机制。它允许服务器主动向客户端发送消息，而不需要客户端再次发起请求。WebSocket 也是基于TCP的，但它在建立连接后可以保持长连接状态。
  • 头部开销：
    • HTTP：每次请求和响应都需要携带完整的头部信息，这在频繁通信时会增加数据传输的开销。
    • WebSocket：一旦连接建立，后续的消息传输不需要携带HTTP头部，只有较小的数据包头，这减少了通信的开销。
  • 安全性：
    • HTTP：可以通过HTTPS来提供加密的传输。
    • WebSocket：也有对应的安全版本称为WebSocket Secure（WSS），它在WebSocket的基础上增加了TLS/SSL加密。
  • 握手过程：
    • HTTP：客户端发送请求，服务器响应请求，然后连接关闭或保持（取决于是否keep-alive）。
    • WebSocket：客户端发送一个特殊的Upgrade请求来初始化WebSocket连接，服务器响应并升级连接为WebSocket连接。
WebSocket握手过程示例
ws://ip:port/ws
请求方法: GET
状态代码: 101 Switching Protocols

请求报文

Request：
GET ws://ip:port/ws HTTP/1.1
Host: host
Connection: Upgrade
Pragma: no-cache
Cache-Control: no-cache
User-Agent: 
Upgrade: websocket
Origin: http://ip:port
Sec-WebSocket-Version: 13
Accept-Encoding: gzip, deflate
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9
Sec-WebSocket-Key: o88HTN24liAvfOOFHhVyKQ==
Sec-WebSocket-Extensions: permessage-deflate; client_max_window_bits

响应报文

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Server: nginx/1.20.2
Date: Mon, 01 Aug 2024 09:43:58 GMT
Connection: upgrade
upgrade: websocket
sec-websocket-accept: FMID9mDELWawU35fGSFJ/1H2790=

netty实现websocket

为什么选择netty实现websocket服务端？

  • 高性能和高并发：Netty是一个基于NIO的异步事件驱动的网络应用框架，它提供了高性能的网络通信能力。
  • 简化的编程模型：Netty提供了简化的编程模型，通过ChannelHandler和ChannelPipeline等组件，开发者可以方便地构建复杂的网络通信逻辑。这种模型不仅简化了代码，还提高了代码的可维护性和可读性。
  • 协议支持：Netty支持多种协议，包括HTTP、HTTPS、TCP、UDP等，这意味着可以在Netty中轻松实现WebSocket协议的支持。
自定义handler
@ChannelHandler.Sharable
public class WebSocketBusinessHandler extends SimpleChannelInboundHandler<TextWebSocketFrame> {@Overrideprotected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, TextWebSocketFrame msg) throws Exception {// 处理客户端传输过来的消息String content = msg.text();log.debug("接收到消息：{}", content);Response resp = execute(content);ctx.writeAndFlush(new TextWebSocketFrame(JsonUtils.toJson(resp)));}@Overridepublic void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {log.error("处理命令错误", cause);Response response = Response.fail(((BusinessException) cause).getErrCode());ctx.channel().writeAndFlush(new TextWebSocketFrame(JsonUtils.toJson(response)));}
}
实现ChannelInitializer.initChannel方法
ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();// websocket 基于http协议，所以要有http编解码器
pipeline.addLast(new HttpServerCodec());
// 对写大数据流的支持
pipeline.addLast(new ChunkedWriteHandler());
// 对httpMessage进行聚合，聚合成FullHttpRequest或FullHttpResponse
pipeline.addLast(new HttpObjectAggregator(1024 * 64));
// ====================== 以上是用于支持http协议    ======================
//可以增加一些内部接口// ====================== 以下是支持httpWebsocket ======================
// WebSocket 数据压缩扩展
pipeline.addLast(new WebSocketServerCompressionHandler());
/*** websocket 服务器处理的协议，用于指定给客户端连接访问的路由 : /ws* 本handler会帮你处理一些繁重的复杂的事* 会帮你处理握手动作： handshaking（close, ping, pong） ping + pong = 心跳* 对于websocket来讲，都是以frames进行传输的，不同的数据类型对应的frames也不同*/
pipeline.addLast(new WebSocketServerProtocolHandler("/ws"));
// 自定义的handler
pipeline.addLast(new WebSocketBusinessHandler());
服务端启动
EventLoopGroup mainGroup = new NioEventLoopGroup();
EventLoopGroup subGroup = new NioEventLoopGroup();try {ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap().group(mainGroup, subGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).childHandler(initializer);ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(port).sync();channelFuture.channel().closeFuture().sync();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
} finally {mainGroup.shutdownGracefully();subGroup.shutdownGracefully();
}

在nginx、ingress暴露出来

# ingress暴露ws
- backend:serviceName: websocketservicePort: websocketpath: /wspathType: ImplementationSpecific

  http{# websocket# 根据客户端请求中 $http_upgrade 的值，来构造改变 $connection_upgrade 的值#  $connection_upgrade 的值会一直是 upgrade。然后如果 $http_upgrade 为空字符串的话，那值会是 close。map $http_upgrade $connection_upgrade {default upgrade;'' close;}}location  ^~  /ws{proxy_pass http://test.com;proxy_redirect    off;proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;proxy_set_header Host $host;proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;proxy_http_version 1.1;proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;proxy_set_header Connection $connection_upgrade;}

nginx -s reload

分布式解决方案

WebSocket是有状态协议的，客户端连接服务器时只和集群中一个节点连接，数据传输过程中也只与这一节点通信。因此，WebSocket集群需要解决会话共享的问题。如果只采用单节点部署，虽然可以避免这一问题，但无法水平扩展支撑更高负载，有单点的风险。
WebSocket是有状态的，无法像直接HTTP以集群方式实现负载均衡，长连接建立后即与服务端某个节点保持着会话，因此集群下想要得知会话属于哪个节点，有两种方案，一种是使用类似微服务的注册中心来维护全局的会话映射关系，一种是使用事件广播由各节点自行判断是否持有会话。

以方案二为例：

连接管理
/*** WebSocket的连接对象。*/
public class WebSocketConn {/*** 通道*/private Channel channel;/*** 应用标签 application*/private String ;/*** 人员id*/private Long personId;/*** 人员名称*/private String personName;public WebSocketConn(Channel channel) {this.channel = channel;}public void bind(String appId, Long personId, String personName) {this.app = appId;this.personId = personId;this.personName = personName;}/*** 查询符合的数据*/public boolean match(@NonNull String appId, @NonNull Long targetPersonId) {if(app.equals(appId) && personId.equals(targetPersonId)){return true;}return false;}public Channel getChannel() {return channel;}public String getApp() {return app;}
}public class WebSocketConnRegister {private Map<Channel, WebSocketConn> connMap = new ConcurrentHashMap<>();public  void register(WebSocketConn conn) {connMap.put(conn.getChannel(), conn);}public void unregister(Channel channel) {connMap.remove(channel);}public WebSocketConn getByChannel(Channel channel) {return connMap.get(channel);}public List<WebSocketConn> findByTarget(String application, Long personId) {return connMap.values().stream().filter(w -> w.match(application, personId)).collect(Collectors.toList());}}
连接接入或断开

WebSocketBusinessHandler 实现ChannelHandlerAdapter的handlerAdded、handlerRemoved方法

@Override
public void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {log.debug("有连接进入，连接channel_id:{}", ctx.channel().id().asLongText());WebSocketConn conn = new WebSocketConn(ctx.channel());register.register(conn);
}@Override
public void handlerRemoved(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {log.debug("连接断开,连接channel:{}", ctx.channel().id().asLongText());register.unregister(ctx.channel());
}

WebSocketBusinessHandler.channelRead0 增加处理逻辑
1、根据收到消息来；
2、发送channel 不在此jvm实例中，则发送到消息队列中

WebSocketConn conn = register.getByChannel(ctx.channel());
if (conn != null) {Response<ClientCommandRet> resp = 处理业务逻辑;ctx.writeAndFlush(new TextWebSocketFrame(JsonUtils.toJson(resp)));return;
}else{// 不在当前实例,发送消息到RocketMQapplicationContext.getBean(RocketMQTemplate.class).convertAndSend("topicName",event);ctx.channel().close();
}

其它实例上监听topic后，同样查找目标发送channel，如果不存在，直接结束。

@Component
@RocketMQMessageListener(topic = "topicName",consumerGroup = "groupName",messageModel = MessageModel.BROADCASTING)
public static class WebsocketConsumerListener implements RocketMQListener<String> {public void onMessage(String event) {log.info("consume event: {}", event);try {List<WebSocketConn> webSocketConnList = register.findByTarget(event.getApplication(), event.getTargetPersonId());String msg = assembleMsg(event);webSocketConns.stream().parallel().forEach(conn -> sendMsg2Channel(msg, conn));} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}private void sendMsg2Channel(String msg, WebSocketConn conn) {try {conn.getChannel().writeAndFlush(new TextWebSocketFrame(msg));} catch (Exception e) {log.error("推送消息失败", e);try {conn.getChannel().close();} catch (Exception ex) {}}
}

注意：
1、rocketmq使用广播模式，因为每条消息每个节点都要消费一次。
2、kafka则要保证所有的partition都要订阅到。

List<PartitionInfo> partitionInfos = kafkaConsumer.partitionsFor("topicName");

参考

http://www.ruanyifeng.com/blog/2017/05/websocket.html
http://coolaf.com/tool/chattest 测试工具

这篇关于Netty实现WebSocket及分布式解决方案的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1129528。

相关文章

Python中pywin32 常用窗口操作的实现

Python中pywin32 常用窗口操作的实现

《Python中pywin32常用窗口操作的实现》本文主要介绍了Python中pywin32常用窗口操作的实现,pywin32主要的作用是供Python开发者快速调用WindowsAPI的一个... 目录获取窗口句柄获取最前端窗口句柄获取指定坐标处的窗口根据窗口的完整标题匹配获取句柄根据窗口的类别匹配获取句
阅读更多...
在 Spring Boot 中实现异常处理最佳实践

在 Spring Boot 中实现异常处理最佳实践

《在SpringBoot中实现异常处理最佳实践》本文介绍如何在SpringBoot中实现异常处理,涵盖核心概念、实现方法、与先前查询的集成、性能分析、常见问题和最佳实践,感兴趣的朋友一起看看吧... 目录一、Spring Boot 异常处理的背景与核心概念1.1 为什么需要异常处理？1.2 Spring B
阅读更多...
Python位移操作和位运算的实现示例

Python位移操作和位运算的实现示例

《Python位移操作和位运算的实现示例》本文主要介绍了Python位移操作和位运算的实现示例,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一... 目录1. 位移操作1.1 左移操作 (<<)1.2 右移操作 (>>)注意事项：2. 位运算2.1
阅读更多...
如何在 Spring Boot 中实现 FreeMarker 模板

如何在 Spring Boot 中实现 FreeMarker 模板

《如何在SpringBoot中实现FreeMarker模板》FreeMarker是一种功能强大、轻量级的模板引擎,用于在Java应用中生成动态文本输出（如HTML、XML、邮件内容等）,本文... 目录什么是 FreeMarker 模板？在 Spring Boot 中实现 FreeMarker 模板1. 环
阅读更多...
Qt实现网络数据解析的方法总结

Qt实现网络数据解析的方法总结

《Qt实现网络数据解析的方法总结》在Qt中解析网络数据通常涉及接收原始字节流,并将其转换为有意义的应用层数据,这篇文章为大家介绍了详细步骤和示例,感兴趣的小伙伴可以了解下... 目录1. 网络数据接收2. 缓冲区管理（处理粘包/拆包）3. 常见数据格式解析3.1 jsON解析3.2 XML解析3.3 自定义
阅读更多...
SpringMVC 通过ajax 前后端数据交互的实现方法

SpringMVC 通过ajax 前后端数据交互的实现方法

《SpringMVC通过ajax前后端数据交互的实现方法》：本文主要介绍SpringMVC通过ajax前后端数据交互的实现方法,本文给大家介绍的非常详细,对大家的学习或工作具有一定的参考借鉴价... 在前端的开发过程中，经常在html页面通过AJAX进行前后端数据的交互，SpringMVC的controll
阅读更多...
Spring Security自定义身份认证的实现方法

Spring Security自定义身份认证的实现方法

《SpringSecurity自定义身份认证的实现方法》：本文主要介绍SpringSecurity自定义身份认证的实现方法,下面对SpringSecurity的这三种自定义身份认证进行详细讲解,... 目录1.内存身份认证（1）创建配置类（2）验证内存身份认证2.JDBC身份认证（1）数据准备 （2）配置依
阅读更多...
利用python实现对excel文件进行加密

利用python实现对excel文件进行加密

《利用python实现对excel文件进行加密》由于文件内容的私密性,需要对Excel文件进行加密,保护文件以免给第三方看到,本文将以Python语言为例,和大家讲讲如何对Excel文件进行加密,感兴... 目录前言方法一：使用pywin32库（仅限Windows）方法二：使用msoffcrypto-too
阅读更多...
C#使用StackExchange.Redis实现分布式锁的两种方式介绍

C#使用StackExchange.Redis实现分布式锁的两种方式介绍

《C#使用StackExchange.Redis实现分布式锁的两种方式介绍》分布式锁在集群的架构中发挥着重要的作用,：本文主要介绍C#使用StackExchange.Redis实现分布式锁的... 目录自定义分布式锁获取锁释放锁自动续期StackExchange.Redis分布式锁获取锁释放锁自动续期分布式
阅读更多...
springboot使用Scheduling实现动态增删启停定时任务教程

springboot使用Scheduling实现动态增删启停定时任务教程

《springboot使用Scheduling实现动态增删启停定时任务教程》：本文主要介绍springboot使用Scheduling实现动态增删启停定时任务教程,具有很好的参考价值,希望对大家有... 目录1、配置定时任务需要的线程池2、创建ScheduledFuture的包装类3、注册定时任务，增加、删
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2