WebSocket

HTTP 协议有一个缺陷：通信只能由客户端发起。
HTTP 协议做不到服务器主动向客户端推送信息。(这种单向请求的特点，注定了如果服务器有连续的状态变化，客户端要获知就非常麻烦。我们只能使用“轮询”：每隔一段时候，就发出一个询问，了解服务器有没有新的信息。最典型的场景就是聊天室)。

WebSocket 协议的最大特点就是，服务器可以主动向客户端推送信息，客户端也可以主动向服务器发送信息，是真正的双向平等对话，属于服务器推送技术的一种。

允许服务器端与客户端进行全双工（full-duplex）的通信。举例来说，HTTP 协议有点像发电子邮件，发出后必须等待对方回信；WebSocket 则是像打电话，服务器端和客户端可以同时向对方发送数据，它们之间存着一条持续打开的数据通道。

特点包括：
（1）建立在 TCP 协议之上，服务器端的实现比较容易。
（2）与 HTTP 协议有着良好的兼容性。默认端口也是80和443，并且握手阶段采用 HTTP 协议，因此握手时不容 易屏蔽，能通过各种 HTTP 代理服务器。
（3）数据格式比较轻量，性能开销小，通信高效。
（4）可以发送文本，也可以发送二进制数据。
（5）没有同源限制，客户端可以与任意服务器通信，完全可以取代 Ajax。
（6）协议标识符是ws（如果加密，则为wss，对应 HTTPS 协议），服务器网址就是 URL。

WebSocket 握手

浏览器发出的 WebSocket 握手请求:

GET / HTTP/1.1
Connection: Upgrade
Upgrade: websocket
Host: example.com
Origin: null
Sec-WebSocket-Key: sN9cRrP/n9NdMgdcy2VJFQ==
Sec-WebSocket-Version: 13

Upgrade表示将通信协议从HTTP/1.1转向该字段指定的协议
Connection字段表示浏览器通知服务器，如果可以的话，就升级到 WebSocket 协议

Origin字段用于提供请求发出的域名，供服务器验证是否许可的范围内（服务器也可以不验证）

Sec-WebSocket-Key则是用于握手协议的密钥，是 Base64 编码的16字节随机字符串

服务器的 WebSocket 回应:

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Connection: Upgrade
Upgrade: websocket
Sec-WebSocket-Accept: fFBooB7FAkLlXgRSz0BT3v4hq5s=
Sec-WebSocket-Origin: null
Sec-WebSocket-Location: ws://example.com/

Connection字段通知浏览器，需要改变协议

Sec-WebSocket-Accept字段是服务器在浏览器提供的Sec-WebSocket-Key字符串后面，添加“258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11”字符串，然后再取 SHA-1 的哈希值。浏览器将对这个值进行验证，以证明确实是目标服务器回应了 WebSocket 请求

Sec-WebSocket-Location字段表示进行通信的 WebSocket 网址

完成握手以后，WebSocket 协议就在 TCP 协议之上，开始传送数据。

客户端的简单示例

var ws = new WebSocket('wss://echo.websocket.org');

ws.onopen = function(evt) {
  console.log('Connection open ...');
  ws.send('Hello WebSockets!');
};

ws.onmessage = function(evt) {
  console.log('Received Message: ' + evt.data);
  ws.close();
};

ws.onclose = function(evt) {
  console.log('Connection closed.');
};

客户端 API

建立连接和断开连接
发送数据和接收数据
处理错误

WebSocket对象作为一个构造函数，用于新建WebSocket实例

var ws = new WebSocket('ws://localhost:8080');

webSocket.readyState

webSocket.readyState属性返回实例对象的当前状态，共有四种

CONNECTING：值为0，表示正在连接。
OPEN：值为1，表示连接成功，可以通信了。
CLOSING：值为2，表示连接正在关闭。
CLOSED：值为3，表示连接已经关闭，或者打开连接失败。

例子：

switch (ws.readyState) {
  case WebSocket.CONNECTING:
    // do something
    break;
  case WebSocket.OPEN:
    // do something
    break;
  case WebSocket.CLOSING:
    // do something
    break;
  case WebSocket.CLOSED:
    // do something
    break;
  default:
    // this never happens
    break;
}

webSocket.onopen

实例对象的onopen属性，用于指定连接成功后的回调函数。

ws.onopen = function () {
  ws.send('Hello Server!');
}

如果要指定多个回调函数，可以使用addEventListener方法。

ws.addEventListener('open', function (event) {
  ws.send('Hello Server!');
});

webSocket.onclose

实例对象的onclose属性，用于指定连接关闭后的回调函数。

ws.onclose = function(event) {
  var code = event.code;
  var reason = event.reason;
  var wasClean = event.wasClean;
  // handle close event
};

ws.addEventListener("close", function(event) {
  var code = event.code;
  var reason = event.reason;
  var wasClean = event.wasClean;
  // handle close event
});

webSocket.onmessage

实例对象的onmessage属性，用于指定收到服务器数据后的回调函数。

ws.onmessage = function(event) {
  var data = event.data;
  // 处理数据
};

ws.addEventListener("message", function(event) {
  var data = event.data;
  // 处理数据
});

服务器数据可能是文本，也可能是二进制数据（blob对象或Arraybuffer对象）

ws.onmessage = function(event){
  if(typeOf event.data === String) {
    console.log("Received data string");
  }

  if(event.data instanceof ArrayBuffer){
    var buffer = event.data;
    console.log("Received arraybuffer");
  }
}

可以使用binaryType属性，显式指定收到的二进制数据类型

/ 收到的是 blob 数据
ws.binaryType = "blob";
ws.onmessage = function(e) {
  console.log(e.data.size);
};

// 收到的是 ArrayBuffer 数据
ws.binaryType = "arraybuffer";
ws.onmessage = function(e) {
  console.log(e.data.byteLength);
};

webSocket.send()

实例对象的send()方法用于向服务器发送数据

ws.send('your message');

// Blob对象表示一个不可变的, 原始数据的类似文件对象。Blob表示的数据不一定是一个JavaScript原生格式 blob对象本质上是js中的一个对象，里面可以储存大量的二进制编码格式的数据。

发送 Blob 对象的例子。

var file = document
  .querySelector('input[type="file"]')
  .files[0];
ws.send(file);

发送 ArrayBuffer 对象的例子。

// Sending canvas ImageData as ArrayBuffer
var img = canvas_context.getImageData(0, 0, 400, 320);
var binary = new Uint8Array(img.data.length);
for (var i = 0; i < img.data.length; i++) {
  binary[i] = img.data[i];
}
ws.send(binary.buffer);

webSocket.bufferedAmount

实例对象的bufferedAmount属性，表示还有多少字节的二进制数据没有发送出去。它可以用来判断发送是否结束。

var data = new ArrayBuffer(10000000);
socket.send(data);

if (socket.bufferedAmount === 0) {
  // 发送完毕
} else {
  // 发送还没结束
}

webSocket.onerror

实例对象的onerror属性，用于指定报错时的回调函数。

socket.onerror = function(event) {
  // handle error event
};

socket.addEventListener("error", function(event) {
  // handle error event
});

通过javaweb实现聊天室功能：

WebSocketTest.java:

package me.gacl.websocket;

import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;

import javax.websocket.*;
import javax.websocket.server.ServerEndpoint;

/**
 * @ServerEndpoint 注解是一个类层次的注解，它的功能主要是将目前的类定义成一个websocket服务器端,
 * 注解的值将被用于监听用户连接的终端访问URL地址,客户端可以通过这个URL来连接到WebSocket服务器端
 */
@ServerEndpoint("/websocket")
public class WebSocketTest {
    //静态变量，用来记录当前在线连接数。应该把它设计成线程安全的。
    private static int onlineCount = 0;

    //concurrent包的线程安全Set，用来存放每个客户端对应的MyWebSocket对象。若要实现服务端与单一客户端通信的话，可以使用Map来存放，其中Key可以为用户标识
    private static CopyOnWriteArraySet<WebSocketTest> webSocketSet = new CopyOnWriteArraySet<WebSocketTest>();

    //与某个客户端的连接会话，需要通过它来给客户端发送数据
    private Session session;

    /**
     * 连接建立成功调用的方法
     * @param session  可选的参数。session为与某个客户端的连接会话，需要通过它来给客户端发送数据
     */
    @OnOpen
    public void onOpen(Session session){
        this.session = session;
        webSocketSet.add(this);     //加入set中
        addOnlineCount();           //在线数加1
        System.out.println("有新连接加入！当前在线人数为" + getOnlineCount());
    }

    /**
     * 连接关闭调用的方法
     */
    @OnClose
    public void onClose(){
        webSocketSet.remove(this);  //从set中删除
        subOnlineCount();           //在线数减1
        System.out.println("有一连接关闭！当前在线人数为" + getOnlineCount());
    }

    /**
     * 收到客户端消息后调用的方法
     * @param message 客户端发送过来的消息
     * @param session 可选的参数
     */
    @OnMessage
    public void onMessage(String message, Session session) {
        System.out.println("来自客户端的消息:" + message);
        //群发消息
        for(WebSocketTest item: webSocketSet){
            try {
                item.sendMessage(message);
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
                continue;
            }
        }
    }

    /**
     * 发生错误时调用
     * @param session
     * @param error
     */
    @OnError
    public void onError(Session session, Throwable error){
        System.out.println("发生错误");
        error.printStackTrace();
    }

    /**
     * 这个方法与上面几个方法不一样。没有用注解，是根据自己需要添加的方法。
     * @param message
     * @throws IOException
     */
    public void sendMessage(String message) throws IOException{
        this.session.getBasicRemote().sendText(message);
        //this.session.getAsyncRemote().sendText(message);
    }

    public static synchronized int getOnlineCount() {
        return onlineCount;
    }

    public static synchronized void addOnlineCount() {
        WebSocketTest.onlineCount++;
    }

    public static synchronized void subOnlineCount() {
        WebSocketTest.onlineCount--;
    }
}

pom.xml:

<dependencies>
      <dependency>
        <groupId>javax</groupId>
        <artifactId>javaee-api</artifactId>
        <version>7.0</version>
        <scope>provided</scope>
      </dependency>
  </dependencies>

index.jsp:

<%@ page language="java" pageEncoding="UTF-8" %>
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>Java后端WebSocket的Tomcat实现</title>
</head>
<body>
    Welcome<br/><input id="text" type="text"/>
    <button onclick="send()">发送消息</button>
    <hr/>
    <button onclick="closeWebSocket()">关闭WebSocket连接</button>
    <hr/>
    <div id="message"></div>
</body>

<script type="text/javascript">
    var websocket = null;
    //判断当前浏览器是否支持WebSocket
    if ('WebSocket' in window) {
        websocket = new WebSocket("ws://localhost:8080/websocket");
    }
    else {
        alert('当前浏览器 Not support websocket')
    }

    //连接发生错误的回调方法
    websocket.onerror = function () {
        setMessageInnerHTML("WebSocket连接发生错误");
    };

    //连接成功建立的回调方法
    websocket.onopen = function () {
        setMessageInnerHTML("WebSocket连接成功");
    }

    //接收到消息的回调方法
    websocket.onmessage = function (event) {
        setMessageInnerHTML(event.data);
    }

    //连接关闭的回调方法
    websocket.onclose = function () {
        setMessageInnerHTML("WebSocket连接关闭");
    }

    //监听窗口关闭事件，当窗口关闭时，主动去关闭websocket连接，防止连接还没断开就关闭窗口，server端会抛异常。
    window.onbeforeunload = function () {
        closeWebSocket();
    }

    //将消息显示在网页上
    function setMessageInnerHTML(innerHTML) {
        document.getElementById('message').innerHTML += innerHTML + '<br/>';
    }

    //关闭WebSocket连接
    function closeWebSocket() {
        websocket.close();
    }

    //发送消息
    function send() {
        var message = document.getElementById('text').value;
        websocket.send(message);
    }
</script>
</html>