Netty+websocket+springboot实现服务端消息推送

因为产品需求，要实现服务端推送消息至客户端，并且支持客户端对用户点对点消息发送的社交功能，目前市面上对消息推送的第三方支持很多，比如国产EasyGo和国外的一些，但基于收费，所以，以netty来实现。
废话不多说，直接上代码：

1.首先引入依赖：(netty-all包含了netty的所有封装,hutool-all封装了常用的一些依赖,如Json相关)

<dependency>
	<groupId>io.netty</groupId>
	<artifactId>netty-all</artifactId>
	<version>4.1.33.Final</version>
</dependency>

<dependency>
	<groupId>cn.hutool</groupId>
	<artifactId>hutool-all</artifactId>
	<version>5.2.3</version>
</dependency>

2.配置文件application.yml

server:
  port: 8899

#netty的配置信息(端口号,webSocket路径)
webSocket:
  netty:
    port: 58080
    path: /webSocket
    readerIdleTime: 30 #读空闲超时时间设置(Netty心跳检测配置)
    writerIdleTime: 30 #写空闲超时时间设置(Netty心跳检测配置)
    allIdleTime: 30 #读写空闲超时时间设置(Netty心跳检测配置)

3.创建NettyConfig:

package com.example.websocket.websocketdemo;

import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.channel.group.ChannelGroup;
import io.netty.channel.group.DefaultChannelGroup;
import io.netty.util.concurrent.GlobalEventExecutor;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

/**
 * NettyConfig类
 *
 * @author Tom
 * @date 2020-08-06
 */
public class NettyConfig {

    /**
     * 定义一个channel组，管理所有的channel
     * GlobalEventExecutor.INSTANCE 是全局的事件执行器，是一个单例
     */
    private static ChannelGroup channelGroup = new DefaultChannelGroup(GlobalEventExecutor.INSTANCE);

    /**
     * 存放用户与Chanel的对应信息，用于给指定用户发送消息
     */
    private static ConcurrentHashMap<String,Channel> userChannelMap = new ConcurrentHashMap<>();

    private NettyConfig() {}

    /**
     * 获取channel组
     * @return
     */
    public static ChannelGroup getChannelGroup() {
        return channelGroup;
    }

    /**
     * 获取用户channel map
     * @return
     */
    public static ConcurrentHashMap<String,Channel> getUserChannelMap(){
        return userChannelMap;
    }
}

注意：config中定义了一个单例的channel组供全局使用(存储所有的channel信息)，以及一个用于存放用户信息的ConcurrentHashMap，提供获取方法。

4.创建Netty的初始化类NettyServer(重点)：

package com.example.websocket.websocketdemo;

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
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.codec.http.websocketx.WebSocketServerProtocolHandler;
import io.netty.handler.codec.serialization.ObjectEncoder;
import io.netty.handler.stream.ChunkedWriteHandler;
import io.netty.handler.timeout.IdleStateHandler;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.stereotype.Component;

import javax.annotation.PostConstruct;
import javax.annotation.PreDestroy;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * Netty初始化服务
 *
 * @author Tom
 * @date 2020-08-06
 */
@Component
public class NettyServer{

    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(NettyServer.class);

    /**
     * webSocket协议名
     */
    private static final String WEBSOCKET_PROTOCOL = "WebSocket";

    /**
     * 端口号
     */
    @Value("${webSocket.netty.port}")
    private int port;

    /**
     * webSocket路径
     */
    @Value("${webSocket.netty.path}")
    private String webSocketPath;

    /**
     * 在Netty心跳检测中配置 - 读空闲超时时间设置
     */
    @Value("${webSocket.netty.readerIdleTime}")
    private long readerIdleTime;

    /**
     * 在Netty心跳检测中配置 - 写空闲超时时间设置
     */
    @Value("${webSocket.netty.writerIdleTime}")
    private long writerIdleTime;

    /**
     * 在Netty心跳检测中配置 - 读写空闲超时时间设置
     */
    @Value("${webSocket.netty.allIdleTime}")
    private long allIdleTime;

    @Autowired
    private WebSocketHandler webSocketHandler;

    private EventLoopGroup bossGroup;
    private EventLoopGroup workGroup;

    /**
     * 启动
     * @throws InterruptedException
     */
    private void start() throws InterruptedException {
        bossGroup = new NioEventLoopGroup();
        workGroup = new NioEventLoopGroup();
        ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
        // bossGroup辅助客户端的tcp连接请求, workGroup负责与客户端之前的读写操作
        bootstrap.group(bossGroup,workGroup);
        // 设置NIO类型的channel
        bootstrap.channel(NioServerSocketChannel.class);
        // 设置监听端口
        bootstrap.localAddress(new InetSocketAddress(port));
        // 连接到达时会创建一个通道
        bootstrap.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {

            @Override
            protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                // 心跳检测(一般情况第一个设置,如果超时了,则会调用userEventTriggered方法,且会告诉你超时的类型)
                ch.pipeline().addLast(new IdleStateHandler(readerIdleTime, writerIdleTime, allIdleTime, TimeUnit.MINUTES));
                // 流水线管理通道中的处理程序（Handler），用来处理业务
                // webSocket协议本身是基于http协议的，所以这边也要使用http编解码器
                ch.pipeline().addLast(new HttpServerCodec());
                ch.pipeline().addLast(new ObjectEncoder());
                // 以块的方式来写的处理器
                ch.pipeline().addLast(new ChunkedWriteHandler());
                /*
                    说明：
                    1、http数据在传输过程中是分段的，HttpObjectAggregator可以将多个段聚合
                    2、这就是为什么，当浏览器发送大量数据时，就会发送多次http请求
                 */
                ch.pipeline().addLast(new HttpObjectAggregator(8192));
                /*
                    说明：
                    1、对应webSocket，它的数据是以帧（frame）的形式传递
                    2、浏览器请求时 ws://localhost:58080/xxx 表示请求的uri
                    3、核心功能是将http协议升级为ws协议，保持长连接
                */
                ch.pipeline().addLast(new WebSocketServerProtocolHandler(webSocketPath, WEBSOCKET_PROTOCOL, true, 65536 * 10));
                // 自定义的handler，处理业务逻辑
                ch.pipeline().addLast(webSocketHandler);
            }
        });
        // 配置完成，开始绑定server，通过调用sync同步方法阻塞直到绑定成功
        ChannelFuture channelFuture = bootstrap.bind().sync();
        log.info("Server started and listen on:{}",channelFuture.channel().localAddress());
        // 对关闭通道进行监听
        channelFuture.channel().closeFuture().sync();
    }

    /**
     * 释放资源
     * @throws InterruptedException
     */
    @PreDestroy
    public void destroy() throws InterruptedException {
        if(bossGroup != null){
            bossGroup.shutdownGracefully().sync();
        }
        if(workGroup != null){
            workGroup.shutdownGracefully().sync();
        }
    }

    /**
     * 初始化(新线程开启)
     */
    @PostConstruct()
    public void init() {
        //需要开启一个新的线程来执行netty server 服务器
        new Thread(() -> {
            try {
                start();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
    }
}

注意：启动方法需要开启一个新线程执行netty server服务，服务中配置了IdleStateHandler心跳检测，此类要在创建一个通道的第一个设置,如果超时了,则会调用userEventTriggered方法,且会告诉你超时的类型)

5.创建Netty配置的操作执行类WebSocketHandler(重点)：

package com.example.websocket.websocketdemo;

import cn.hutool.json.JSONObject;
import cn.hutool.json.JSONUtil;
import io.netty.channel.*;
import io.netty.handler.codec.http.websocketx.TextWebSocketFrame;
import io.netty.handler.timeout.IdleState;
import io.netty.handler.timeout.IdleStateEvent;
import io.netty.util.AttributeKey;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.stereotype.Component;


/**
 * 操作执行类
 *
 * TextWebSocketFrame类型,表示一个文本帧
 * @author Tom
 * @date 2020-08-06
 */
@Component
@ChannelHandler.Sharable
public class WebSocketHandler extends SimpleChannelInboundHandler<TextWebSocketFrame> {

    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(WebSocketHandler.class);

    /**
     * 一旦连接,第一个被执行
     * @param ctx
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        log.info("handlerAdded 被调用"+ctx.channel().id().asLongText());
        // 添加到channelGroup 通道组
        NettyConfig.getChannelGroup().add(ctx.channel());
    }

    /**
     * 读取数据
     */
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, TextWebSocketFrame msg) throws Exception {
        // 获取用户ID,关联channel
        JSONObject jsonObject = JSONUtil.parseObj(msg.text());
        String uid = jsonObject.getStr("uid");
        // 当用户ID已存入通道内,则不进行写入,只有第一次建立连接时才会存入,其他情况发送uid则为心跳需求
        if(!NettyConfig.getUserChannelMap().containsKey(uid)){
            log.info("服务器收到消息：{}",msg.text());
            NettyConfig.getUserChannelMap().put(uid,ctx.channel());
            // 将用户ID作为自定义属性加入到channel中，方便随时channel中获取用户ID
            AttributeKey<String> key = AttributeKey.valueOf("userId");
            ctx.channel().attr(key).setIfAbsent(uid);
            // 回复消息
            ctx.channel().writeAndFlush(new TextWebSocketFrame("服务器连接成功！"));
        }else{
            // 前端定时请求,保持心跳连接,避免服务端误删通道
            ctx.channel().writeAndFlush(new TextWebSocketFrame("keep alive success！"));
        }
    }

    /**
     * 移除通道及关联用户
     * @param ctx
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void handlerRemoved(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        log.info("handlerRemoved 被调用"+ctx.channel().id().asLongText());
        // 删除通道
        NettyConfig.getChannelGroup().remove(ctx.channel());
        removeUserId(ctx);
    }

    /**
     * 异常处理
     * @param ctx
     * @param cause
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        log.info("异常：{}",cause.getMessage());
        // 删除通道
        NettyConfig.getChannelGroup().remove(ctx.channel());
        removeUserId(ctx);
        ctx.close();
    }

    /**
     * 心跳检测相关方法 - 会主动调用handlerRemoved
     * @param ctx
     * @param evt
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void userEventTriggered(final ChannelHandlerContext ctx, Object evt) throws Exception {
        if(evt instanceof IdleStateEvent){
            IdleStateEvent event = (IdleStateEvent)evt;
            if(event.state() == IdleState.ALL_IDLE){
                //清除超时会话
                ChannelFuture writeAndFlush = ctx.writeAndFlush("you will close");
                writeAndFlush.addListener(new ChannelFutureListener() {

                    @Override
                    public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
                        ctx.channel().close();
                    }
                });
            }
        }else{
            super.userEventTriggered(ctx, evt);
        }
    }

    /**
     * 删除用户与channel的对应关系
     * @param ctx
     */
    private void removeUserId(ChannelHandlerContext ctx){
        AttributeKey<String> key = AttributeKey.valueOf("userId");
        String userId = ctx.channel().attr(key).get();
        NettyConfig.getUserChannelMap().remove(userId);
        log.info("删除用户与channel的对应关系,uid：{}",userId);
    }
}

注意：userEventTriggered为心跳检测超时所调用的方法，超时后ctx.channel().close()执行完毕会主动调用handlerRemoved删除通道及用户信息。

6.提供服务的Controller:

package com.example.websocket.websocketdemo;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;

/**
 * 请求Controller(用于postman测试)
 *
 * @author Tom
 * @date 2020-08-06
 */
@RestController
@RequestMapping("/push")
public class PushController {

    @Autowired
    private PushService pushService;

    /**
     * 推送给所有用户
     * @param msg 消息信息
     */
    @PostMapping("/pushAll")
    public void pushToAll(@RequestParam("msg") String msg){
        pushService.pushMsgToAll(msg);
    }

    /**
     * 推送给指定用户
     * @param userId 用户ID
     * @param msg 消息信息
     */
    @PostMapping("/pushOne")
    public void pushMsgToOne(@RequestParam("userId") String userId,@RequestParam("msg") String msg){
        pushService.pushMsgToOne(userId,msg);
    }

    /**
     * 获取当前连接数
     */
    @GetMapping("/getConnectCount")
    public int getConnectCout(){
        return pushService.getConnectCount();
    }
}

7.推送消息接口：

package com.example.websocket.websocketdemo;

/**
 * 推送消息接口
 *
 * @author Tom
 * @date 2020-08-06
 */
public interface PushService {

    /**
     * 推送给指定用户
     * @param userId 用户ID
     * @param msg 消息信息
     */
    void pushMsgToOne(String userId,String msg);

    /**
     * 推送给所有用户
     * @param msg 消息信息
     */
    void pushMsgToAll(String msg);

    /**
     * 获取当前连接数
     * @return 连接数
     */
    int getConnectCount();
}

8.推送消息接口实现类：

package com.example.websocket.websocketdemo;

import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.handler.codec.http.websocketx.TextWebSocketFrame;
import org.springframework.stereotype.Service;

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

/**
 * 推送消息接口实现类
 *
 * @author Tom
 * @date 2020-08-06
 */
@Service
public class PushServiceImpl implements PushService {

    /**
     * 推送给指定用户
     * @param userId 用户ID
     * @param msg 消息信息
     */
    @Override
    public void pushMsgToOne(String userId, String msg){
        ConcurrentHashMap<String, Channel> userChannelMap = NettyConfig.getUserChannelMap();
        Channel channel = userChannelMap.get(userId);
        channel.writeAndFlush(new TextWebSocketFrame(msg));
    }

    /**
     * 推送给所有用户
     * @param msg 消息信息
     */
    @Override
    public void pushMsgToAll(String msg){
        NettyConfig.getChannelGroup().writeAndFlush(new TextWebSocketFrame(msg));
    }

    /**
     * 获取当前连接数
     * @return 连接数
     */
    @Override
    public int getConnectCount() {
        return NettyConfig.getChannelGroup().size();
    }
}

9.客户端(或前端)通过websocket与服务端连接：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Title</title>
    <script src="/static/jquery-2.2.4.min.js" charset="utf-8"></script>
</head>
<body>
<script>
    var socket;
    var userId = "123456";
    // 判断当前浏览器是否支持webSocket
    if(window.WebSocket){
        socket = new WebSocket("ws://192.168.0.82:58080/webSocket")
        // 相当于channel的read事件，ev 收到服务器回送的消息
        socket.onmessage = function (ev) {
            var rt = document.getElementById("responseText");
            rt.value = rt.value + "\n" + ev.data;
        }
        // 相当于连接开启
        socket.onopen = function (ev) {
            var rt = document.getElementById("responseText");
            rt.value = "连接开启了..."
            socket.send(
                JSON.stringify({
                    // 连接成功将，用户ID传给服务端
                    uid: userId
                })
            );
        }
        // 相当于连接关闭
        socket.onclose = function (ev) {
            var rt = document.getElementById("responseText");
            rt.value = rt.value + "\n" + "连接关闭了...";
        }
    }else{
        alert("当前浏览器不支持webSocket")
    }

    // 如果前端需要保持连接,则需要定时往服务器针对自己发送请求,返回的参数和发送参数一致则证明时间段内有交互,服务端则不进行连接断开操作
    var int = self.setInterval("clock()",10000);
    function clock() {
        socket.send(
            JSON.stringify({
                // 连接成功将，用户ID传给服务端
                uid: userId
            })
        );
    }

</script>
<form onsubmit="return false">
    <textarea id="responseText" style="height: 150px; width: 300px;"></textarea>
    <br>
    <input type="button" value="清空内容" onclick="document.getElementById('responseText').value=''">
</form>
</body>
</html>

至此，消息推送功能完毕，如果是客户端(非前端进行心跳检测，请自行百度客户端心跳代码)