老板下了死命令，三天内实现 Web 实时消息推送
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2022-07-31 14:48
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大家好，我是二哥呀。
我们公司做了一个小破站，现在要实现一个站内信 web 消息推送的功能，对，就是下图这个小红点，一个很常用的功能。老板限时三天内完成。
我整理了几种方案，并简单做了实现，等三天后让老板过目，大家伙先看看这几个方案如何。
什么是消息推送（push）
推送的场景比较多，比如有人关注我的公众号，这时我就会收到一条推送消息，以此来吸引我点击打开应用。
消息推送(push)通常是指网站的运营工作等人员，通过某种工具对用户当前网页或移动设备 APP 进行的主动消息推送。
消息推送一般又分为web端消息推送和移动端消息推送。
上边的这种属于移动端消息推送，web 端消息推送常见的诸如站内信、未读邮件数量、监控报警数量等，应用的也非常广泛。
在具体实现之前，咱们再来分析一下前边的需求，其实功能很简单，只要触发某个事件（主动分享了资源或者后台主动推送消息），web 页面的通知小红点就会实时的+1就可以了。
通常在服务端会有若干张消息推送表，用来记录用户触发不同事件所推送不同类型的消息，前端主动查询（拉）或者被动接收（推）用户所有未读的消息数。
消息推送无非是推（push）和拉（pull）两种形式，下边我们逐个了解下。
短轮询
轮询(polling)应该是实现消息推送方案中最简单的一种，这里我们暂且将轮询分为短轮询和长轮询。
短轮询很好理解，指定的时间间隔，由浏览器向服务器发出HTTP请求，服务器实时返回未读消息数据给客户端，浏览器再做渲染显示。
一个简单的 JS 定时器就可以搞定，每秒钟请求一次未读消息数接口，返回的数据展示即可。
setInterval(() => {
// 方法请求
messageCount().then((res) => {
if (res.code === 200) {
this.messageCount = res.data
}
})
}, 1000);
效果还是可以的，短轮询实现固然简单，缺点也是显而易见，由于推送数据并不会频繁变更，无论后端此时是否有新的消息产生，客户端都会进行请求，势必会对服务端造成很大压力，浪费带宽和服务器资源。
长轮询
长轮询是对上边短轮询的一种改进版本，在尽可能减少对服务器资源浪费的同时，保证消息的相对实时性。长轮询在中间件中应用的很广泛，比如Nacos和apollo配置中心，消息队列kafka、RocketMQ中都有用到长轮询。
Nacos 配置中心交互模型是 push 还是 pull？一文中我详细介绍过Nacos长轮询的实现原理，感兴趣的小伙伴可以瞅瞅。
这次我使用apollo配置中心实现长轮询的方式，应用了一个类DeferredResult，它是在servelet3.0后经过 Spring 封装提供的一种异步请求机制，直意就是延迟结果。
DeferredResult可以允许容器线程快速释放占用的资源，不阻塞请求线程，以此接受更多的请求提升系统的吞吐量，然后启动异步工作线程处理真正的业务逻辑，处理完成调用DeferredResult.setResult(200)提交响应结果。
下边我们用长轮询来实现消息推送。
因为一个 ID 可能会被多个长轮询请求监听，所以我采用了guava包提供的Multimap结构存放长轮询，一个 key 可以对应多个 value。一旦监听到 key 发生变化，对应的所有长轮询都会响应。前端得到非请求超时的状态码，知晓数据变更，主动查询未读消息数接口，更新页面数据。
@Controller
@RequestMapping("/polling")
public class PollingController {
// 存放监听某个Id的长轮询集合
// 线程同步结构
public static Multimap<String, DeferredResult<String>> watchRequests = Multimaps.synchronizedMultimap(HashMultimap.create());
/**
* 设置监听
*/
@GetMapping(path = "watch/{id}")
@ResponseBody
public DeferredResult<String> watch(@PathVariable String id) {
// 延迟对象设置超时时间
DeferredResult<String> deferredResult = new DeferredResult<>(TIME_OUT);
// 异步请求完成时移除 key，防止内存溢出
deferredResult.onCompletion(() -> {
watchRequests.remove(id, deferredResult);
});
// 注册长轮询请求
watchRequests.put(id, deferredResult);
return deferredResult;
}
/**
* 公众号：程序员小富
* 变更数据
*/
@GetMapping(path = "publish/{id}")
@ResponseBody
public String publish(@PathVariable String id) {
// 数据变更 取出监听ID的所有长轮询请求，并一一响应处理
if (watchRequests.containsKey(id)) {
Collection<DeferredResult<String>> deferredResults = watchRequests.get(id);
for (DeferredResult<String> deferredResult : deferredResults) {
deferredResult.setResult("我更新了" + new Date());
}
}
return "success";
}
当请求超过设置的超时时间，会抛出AsyncRequestTimeoutException异常，这里直接用@ControllerAdvice全局捕获统一返回即可，前端获取约定好的状态码后再次发起长轮询请求，如此往复调用。
@ControllerAdvice
public class AsyncRequestTimeoutHandler {
@ResponseStatus(HttpStatus.NOT_MODIFIED)
@ResponseBody
@ExceptionHandler(AsyncRequestTimeoutException.class)
public String asyncRequestTimeoutHandler(AsyncRequestTimeoutException e) {
System.out.println("异步请求超时");
return "304";
}
}
我们来测试一下，首先页面发起长轮询请求/polling/watch/10086监听消息更变，请求被挂起，不变更数据直至超时，再次发起了长轮询请求；紧接着手动变更数据/polling/publish/10086，长轮询得到响应，前端处理业务逻辑完成后再次发起请求，如此循环往复。
长轮询相比于短轮询在性能上提升了很多，但依然会产生较多的请求，这是它的一点不完美的地方。
iframe 流
iframe 流就是在页面中插入一个隐藏的<iframe>标签，通过在src中请求消息数量 API 接口，由此在服务端和客户端之间创建一条长连接，服务端持续向iframe传输数据。
传输的数据通常是
HTML、或是内嵌的javascript脚本，来达到实时更新页面的效果。
这种方式实现简单，前端只要一个<iframe>标签搞定了
<iframe src="/iframe/message" style="display:none"></iframe>
服务端直接组装 html、js 脚本数据向response写入就行了
@Controller
@RequestMapping("/iframe")
public class IframeController {
@GetMapping(path = "message")
public void message(HttpServletResponse response) throws IOException, InterruptedException {
while (true) {
response.setHeader("Pragma", "no-cache");
response.setDateHeader("Expires", 0);
response.setHeader("Cache-Control", "no-cache,no-store");
response.setStatus(HttpServletResponse.SC_OK);
response.getWriter().print(" <script type=\"text/javascript\">\n" +
"parent.document.getElementById('clock').innerHTML = \"" + count.get() + "\";" +
"parent.document.getElementById('count').innerHTML = \"" + count.get() + "\";" +
"</script>");
}
}
}
但我个人不推荐，因为它在浏览器上会显示请求未加载完，图标会不停旋转，简直是强迫症杀手。
SSE (我的方式)
很多人可能不知道，服务端向客户端推送消息，其实除了可以用WebSocket这种耳熟能详的机制外，还有一种服务器发送事件(Server-sent events)，简称SSE。
SSE它是基于HTTP协议的，我们知道一般意义上的 HTTP 协议是无法做到服务端主动向客户端推送消息的，但 SSE 是个例外，它变换了一种思路。
SSE 在服务器和客户端之间打开一个单向通道，服务端响应的不再是一次性的数据包而是text/event-stream类型的数据流信息，在有数据变更时从服务器流式传输到客户端。
整体的实现思路有点类似于在线视频播放，视频流会连续不断的推送到浏览器，你也可以理解成，客户端在完成一次用时很长（网络不畅）的下载。
SSE与WebSocket作用相似，都可以建立服务端与浏览器之间的通信，实现服务端向客户端推送消息，但还是有些许不同：
SSE 是基于 HTTP 协议的，它们不需要特殊的协议或服务器实现即可工作； WebSocket需单独服务器来处理协议。SSE 单向通信，只能由服务端向客户端单向通信；webSocket 全双工通信，即通信的双方可以同时发送和接受信息。 SSE 实现简单开发成本低，无需引入其他组件；WebSocket 传输数据需做二次解析，开发门槛高一些。 SSE 默认支持断线重连；WebSocket 则需要自己实现。 SSE 只能传送文本消息，二进制数据需要经过编码后传送；WebSocket 默认支持传送二进制数据。
SSE 与 WebSocket 该如何选择？
技术并没有好坏之分，只有哪个更合适
SSE 好像一直不被大家所熟知，一部分原因是出现了 WebSockets，这个提供了更丰富的协议来执行双向、全双工通信。对于游戏、即时通信以及需要双向近乎实时更新的场景，拥有双向通道更具吸引力。
但是，在某些情况下，不需要从客户端发送数据。而你只需要一些服务器操作的更新。比如：站内信、未读消息数、状态更新、股票行情、监控数量等场景，SEE不管是从实现的难易和成本上都更加有优势。此外，SSE 具有WebSockets在设计上缺乏的多种功能，例如：自动重新连接、事件ID和发送任意事件的能力。
前端只需进行一次 HTTP 请求，带上唯一 ID，打开事件流，监听服务端推送的事件就可以了
<script>
let source = null;
let userId = 7777
if (window.EventSource) {
// 建立连接
source = new EventSource('http://localhost:7777/sse/sub/'+userId);
setMessageInnerHTML("连接用户=" + userId);
/**
* 连接一旦建立，就会触发open事件
* 另一种写法：source.onopen = function (event) {}
*/
source.addEventListener('open', function (e) {
setMessageInnerHTML("建立连接。。。");
}, false);
/**
* 客户端收到服务器发来的数据
* 另一种写法：source.onmessage = function (event) {}
*/
source.addEventListener('message', function (e) {
setMessageInnerHTML(e.data);
});
} else {
setMessageInnerHTML("你的浏览器不支持SSE");
}
</script>
服务端的实现更简单，创建一个SseEmitter对象放入sseEmitterMap进行管理
private static Map<String, SseEmitter> sseEmitterMap = new ConcurrentHashMap<>();
/**
* 创建连接
*
* @date: 2022/7/12 14:51
* @auther: 公众号：程序员小富
*/
public static SseEmitter connect(String userId) {
try {
// 设置超时时间，0表示不过期。默认30秒
SseEmitter sseEmitter = new SseEmitter(0L);
// 注册回调
sseEmitter.onCompletion(completionCallBack(userId));
sseEmitter.onError(errorCallBack(userId));
sseEmitter.onTimeout(timeoutCallBack(userId));
sseEmitterMap.put(userId, sseEmitter);
count.getAndIncrement();
return sseEmitter;
} catch (Exception e) {
log.info("创建新的sse连接异常，当前用户：{}", userId);
}
return null;
}
/**
* 给指定用户发送消息
*
* @date: 2022/7/12 14:51
* @auther: 公众号：程序员小富
*/
public static void sendMessage(String userId, String message) {
if (sseEmitterMap.containsKey(userId)) {
try {
sseEmitterMap.get(userId).send(message);
} catch (IOException e) {
log.error("用户[{}]推送异常:{}", userId, e.getMessage());
removeUser(userId);
}
}
}
我们模拟服务端推送消息，看下客户端收到了消息，和我们预期的效果一致。
注意： SSE 不支持IE浏览器，对其他主流浏览器兼容性做的还不错。
MQTT
什么是 MQTT 协议？
MQTT 全称(Message Queue Telemetry Transport)：一种基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的轻量级通讯协议，通过订阅相应的主题来获取消息，是物联网（Internet of Thing）中的一个标准传输协议。
该协议将消息的发布者（publisher）与订阅者（subscriber）进行分离，因此可以在不可靠的网络环境中，为远程连接的设备提供可靠的消息服务，使用方式与传统的 MQ 有点类似。
TCP协议位于传输层，MQTT 协议位于应用层，MQTT 协议构建于TCP/IP协议上，也就是说只要支持TCP/IP协议栈的地方，都可以使用MQTT协议。
为什么要用 MQTT 协议？
MQTT协议为什么在物联网（IOT）中如此受偏爱？而不是其它协议，比如我们更为熟悉的 HTTP协议呢？
首先 HTTP协议它是一种同步协议，客户端请求后需要等待服务器的响应。而在物联网（IOT）环境中，设备会很受制于环境的影响，比如带宽低、网络延迟高、网络通信不稳定等，显然异步消息协议更为适合IOT应用程序。HTTP是单向的，如果要获取消息客户端必须发起连接，而在物联网（IOT）应用程序中，设备或传感器往往都是客户端，这意味着它们无法被动地接收来自网络的命令。通常需要将一条命令或者消息，发送到网络上的所有设备上。 HTTP要实现这样的功能不但很困难，而且成本极高。
具体的 MQTT 协议介绍和实践，这里我就不再赘述了，大家可以参考我之前的两篇文章，里边写的也都很详细了。
MQTT 协议的介绍
我也没想到 springboot + rabbitmq 做智能家居，会这么简单
MQTT 实现消息推送
未读消息（小红点），前端 与 RabbitMQ 实时消息推送实践，贼简单~
Websocket
websocket应该是大家都比较熟悉的一种实现消息推送的方式，上边我们在讲 SSE 的时候也和 websocket 进行过比较。
WebSocket 是一种在TCP连接上进行全双工通信的协议，建立客户端和服务器之间的通信渠道。浏览器和服务器仅需一次握手，两者之间就直接可以创建持久性的连接，并进行双向数据传输。
springboot 整合 websocket，先引入websocket相关的工具包，和 SSE 相比额外的开发成本。
<!-- 引入websocket -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-websocket</artifactId>
</dependency>
服务端使用@ServerEndpoint注解标注当前类为一个 websocket 服务器，客户端可以通过ws://localhost:7777/webSocket/10086来连接到 WebSocket 服务器端。
@Component
@Slf4j
@ServerEndpoint("/websocket/{userId}")
public class WebSocketServer {
//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;
private static final CopyOnWriteArraySet<WebSocketServer> webSockets = new CopyOnWriteArraySet<>();
// 用来存在线连接数
private static final Map<String, Session> sessionPool = new HashMap<String, Session>();
/**
* 公众号：程序员小富
* 链接成功调用的方法
*/
@OnOpen
public void onOpen(Session session, @PathParam(value = "userId") String userId) {
try {
this.session = session;
webSockets.add(this);
sessionPool.put(userId, session);
log.info("websocket消息: 有新的连接，总数为:" + webSockets.size());
} catch (Exception e) {
}
}
/**
* 收到客户端消息后调用的方法
*/
@OnMessage
public void onMessage(String message) {
log.info("websocket消息: 收到客户端消息:" + message);
}
/**
* 此为单点消息
*/
public void sendOneMessage(String userId, String message) {
Session session = sessionPool.get(userId);
if (session != null && session.isOpen()) {
try {
log.info("websocket消: 单点消息:" + message);
session.getAsyncRemote().sendText(message);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
前端初始化打开 WebSocket 连接，并监听连接状态，接收服务端数据或向服务端发送数据。
<script>
var ws = new WebSocket('ws://localhost:7777/webSocket/10086');
// 获取连接状态
console.log('ws连接状态：' + ws.readyState);
//监听是否连接成功
ws.onopen = function () {
console.log('ws连接状态：' + ws.readyState);
//连接成功则发送一个数据
ws.send('test1');
}
// 接听服务器发回的信息并处理展示
ws.onmessage = function (data) {
console.log('接收到来自服务器的消息：');
console.log(data);
//完成通信后关闭WebSocket连接
ws.close();
}
// 监听连接关闭事件
ws.onclose = function () {
// 监听整个过程中websocket的状态
console.log('ws连接状态：' + ws.readyState);
}
// 监听并处理error事件
ws.onerror = function (error) {
console.log(error);
}
function sendMessage() {
var content = $("#message").val();
$.ajax({
url: '/socket/publish?userId=10086&message=' + content,
type: 'GET',
data: { "id": "7777", "content": content },
success: function (data) {
console.log(data)
}
})
}
</script>
页面初始化建立 websocket 连接，之后就可以进行双向通信了，效果还不错
自定义推送
上边我们给我出了 6 种方案的原理和代码实现，但在实际业务开发过程中，不能盲目的直接拿过来用，还是要结合自身系统业务的特点和实际场景来选择合适的方案。
推送最直接的方式就是使用第三推送平台，毕竟钱能解决的需求都不是问题，无需复杂的开发运维，直接可以使用，省时、省力、省心，像 goEasy、极光推送都是很不错的三方服务商。
一般大型公司都有自研的消息推送平台，像我们本次实现的 web 站内信只是平台上的一个触点而已，短信、邮件、微信公众号、小程序凡是可以触达到用户的渠道都可以接入进来。
消息推送系统内部是相当复杂的，诸如消息内容的维护审核、圈定推送人群、触达过滤拦截（推送的规则频次、时段、数量、黑白名单、关键词等等）、推送失败补偿非常多的模块，技术上涉及到大数据量、高并发的场景也很多。所以我们今天的实现方式在这个庞大的系统面前只是小打小闹。
Github 地址
文中所提到的案例我都一一的做了实现，整理放在了Github上，觉得有用就 Star 一下吧！
传送门：https://github.com/chengxy-nds/Springboot-Notebook/tree/master/springboot-realtime-data
没有什么使我停留——除了目的，纵然岸旁有玫瑰、有绿荫、有宁静的港湾，我是不系之舟。
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