Tomcat如何实现WebSocket

WebSocket协议属于HTML5标准，越来越多浏览器已经原生支持WebSocket，它能让客户端和服务端实现双向通信。在客户端和服务器端建立一条WebSocket连接后，服务器端消息可直接发送到客户端，从而打破传统的请求响应模式，避免了无意义的请求。比如传统的方式可能会使用AJAX不断请求服务器端，而WebSocket则可以直接发送数据到客户端且客户端不必请求。同时，由于有了浏览器的原生支持，编写客户端应用程序也变得更加便捷且不必依赖第三方插件。另外，WebSocket协议摒弃了HTTP协议繁琐的请求头，而是以数据帧的方式进行传输，效率更高。

图为WebSocket协议通信的过程，首先客户端会发送一个握手包告诉服务器端我想升级成WebSocket，不知道你服务器端是否同意，这时如果服务器端支持WebSocket协议则会返回一个握手包告诉客户端没问题，升级已确认。然后就成功建立起了一条WebSocket连接，该连接支持双向通信，并且使用WebSocket协议的数据帧格式发送消息。

握手过程需要说明下，为了让WebSocket协议能和现有HTTP协议Web架构互相兼容，所以WebSocket协议的握手要基于HTTP协议，比如客户端会发送类似如下的HTTP报文到服务器端请求升级为WebSocket协议，其中包含的Upgrade: websocket就是告诉服务器端我想升级协议：

    GET ws://localhost:8080/hello HTTP/1.1
    Origin: http://localhost:8080
    Connection: Upgrade
    Host: localhost:8080
    Sec-WebSocket-Key: uRovscZjNol/umbTt5uKmw==
    Upgrade: websocket
    Sec-WebSocket-Version: 13

此时如果服务器端支持WebSocket协议，则它会发送一个同意客户端升级协议的报文，具体报文类似如下，其中Upgrade: websocket就是告诉客户端我同意你升级协议：

    HTTP/1.1 101 WebSocket Protocol Handshake
    Date: Fri, 10 Feb 2016 17:38:18 GMT
    Connection: Upgrade
    Server: Kaazing Gateway
    Upgrade: WebSocket
    Sec-WebSocket-Accept: rLHCkw/SKsO9GAH/ZSFhBATDKrU=

完成如上握手后，HTTP协议连接就被打破，接下去则是开始使用WebSocket协议进行双方通信，这条连接还是原来的那条TCP/IP连接，端口也还是原来的80或443。

下面举一个Tomcat中编写WebSocket的简单例子：

public class HelloWebSocketServlet extends WebSocketServlet {
    private static List<MessageInbound> socketList = new ArrayList<MessageInbound>();

    protected StreamInbound createWebSocketInbound(String subProtocol,HttpServletRequest request){
        return new WebSocketMessageInbound();
    }

    public class WebSocketMessageInbound extends MessageInbound{
        protected void onClose(int status){
            super.onClose(status);
            socketList.remove(this);            
        }
        protected void onOpen(WsOutbound outbound){
            super.onOpen(outbound);
            socketList.add(this);
        }
        @Override
        protected void onBinaryMessage(ByteBuffer message) throws IOException {

        }
        @Override
        protected void onTextMessage(CharBuffer message) throws IOException {
            for(MessageInbound messageInbound : socketList){
                CharBuffer buffer = CharBuffer.wrap(message);
                WsOutbound outbound = messageInbound.getWsOutbound();
                outbound.writeTextMessage(buffer);
                outbound.flush();               
            }
        }
    }
}

这个Servlet必须要继承WebSocketServlet，接着创建一个继承MessageInbound的WebSocketMessageInbound类，在该类中填充onClose、onOpen、onBinaryMessage和onTextMessage等方法即可完成各个事件的逻辑，其中onOpen会在一个WebSocket连接建立时被调用，onClose会在一个WebSocket关闭时被调用，onBinaryMessage则是Binary方式下接收到客户端数据时被调用，onTextMessage则是Text方式下接收到客户端数据时被调用。上面一段代码实现了一个广播的效果。

按照上面的处理逻辑，Tomcat对WebSocket的集成就不会太难了，就是在处理请求时如果遇到WebSocket协议请求则做特殊处理，保持住连接并在适当的时机调用WebSocketServlet的MessageInbound的onClose、onOpen、onBinaryMessage和onTextMessage等方法。由于WebSocket一般建议在NIO模式下使用，所以看看NIO模式集成WebSocket协议。

如图，对于WebSocket的客户端连接被接收器接收后注册到NioChannel队列中，Poller组件不断轮休是否有NioChannel需要处理，如果有则经过处理管道后进到继承了WebSocketServlet的Servlet上，WebSocketServlet的doGet方法会处理WebSocket握手，告诉返回客户端同意升级协议。往后Poller继续不断轮休相关NioChannel，一旦发现是使用WebSocket协议的管道则会调用MessageInbound的相关方法，完成不同事件的处理，从而实现对WebSocket协议的支持。