WebSocket vs SSE: 实时数据推送到前端的选择与实现(详细)

在现代 Web 应用程序中，实时数据推送给前端变得越来越重要。无论是实时聊天、实时通知还是仪表板上的实时更新，都需要一种有效的方式来将数据推送给前端。本文将介绍两种常用的实现方法：WebSocket 和 Server-Sent Events（SSE），并提供详细的实现步骤。

二者对比

WebSocket 和 Server-Sent Events (SSE) 都是用于实现实时数据推送的技术，但它们在设计、用途和实现上有一些重要的区别。让我们详细比较这两种技术。

WebSocket：

1. 双向通信：

   • WebSocket 允许双向通信，客户端和服务器都可以在任何时候向对方发送数据。
   • 这使得 WebSocket 非常适用于需要双向交互的应用，如在线聊天、多人协作工具等。

2. 持久连接：

   • WebSocket 建立持久连接，客户端和服务器之间的连接保持打开状态。
   • 这减少了与建立和关闭连接相关的开销，适用于频繁的数据交换。

3. 低延迟：

   • 由于持久连接，WebSocket 可以实现低延迟的实时数据传输，适用于需要快速响应的应用。

4. 复杂性：

   • 实现 WebSocket 可能相对复杂，需要更多的服务器资源和额外的协议处理。

5. 跨域通信：

   • WebSocket 通常需要配置服务器以允许跨域通信，因为它们使用自定义协议。

6. 浏览器支持：

   • WebSocket 在现代浏览器中得到广泛支持。

Server-Sent Events (SSE)：

1. 单向通信：

   • SSE 是一种单向通信，只允许服务器向客户端发送数据。客户端无法向服务器发送数据。

2. HTTP 协议：

   • SSE 建立在 HTTP 协议之上，使用标准 HTTP 请求和响应。
   • 这使得 SSE 更容易部署，因为它与现有的 HTTP 基础设施兼容。

3. 简单性：

   • SSE 的实现相对简单，服务器和客户端都不需要太多复杂的逻辑。

4. 无需专用库：

   • SSE 不需要额外的库或协议处理，客户端可以使用浏览器的原生 EventSource API 来接收数据。

5. 跨域通信：

   • SSE 支持跨域通信，可以通过 CORS（跨域资源共享）机制进行配置。

6. 浏览器支持：

   • SSE 在现代浏览器中也得到广泛支持，但与 WebSocket 相比，它的历史要长一些。

选择 WebSocket 还是 SSE：

• WebSocket 适用于需要双向通信和低延迟的场景，例如在线游戏、实时聊天应用等。

• SSE 适用于单向服务器到客户端的实时数据推送，例如新闻更新、实时股票报价、天气预报等，特别是当你希望使用现有的 HTTP 基础设施时。

• 在某些情况下，你甚至可以同时使用 WebSocket 和 SSE，根据不同的需求选择合适的技术。

无论选择哪种技术，都需要考虑你的应用程序的具体需求和复杂性。WebSocket 提供了更多的灵活性和功能，而 SSE 更加简单和易于部署。最终的选择取决于你的项目目标和资源。

Websocket 实现

使用原生 WebSocket API：

1. 简单性：

   • Spring Boot 提供了对原生 WebSocket API 的支持，使得创建 WebSocket 应用相对简单。
   • 开发人员可以直接使用 Java 标准库中的 WebSocket 相关类来处理 WebSocket 通信。

2. 依赖：

   • 原生 WebSocket 不需要额外的依赖，因为 WebSocket API 已经包含在 Java 标准库中。

3. 性能：

   • 原生 WebSocket API 在性能方面表现良好，适用于大多数中小型应用。

4. 生态系统：

   • 使用原生 WebSocket 可以更容易地集成到现有的 Spring Boot 生态系统中，例如 Spring Security 等。

5. 简单应用：

   • 当你需要创建相对简单的 WebSocket 应用时，原生 WebSocket 是一个不错的选择。

使用 Netty 创建 WebSocket：

1. 灵活性：

   • Netty 是一个高度可定制的异步事件驱动框架，它可以用于创建各种网络应用，包括 WebSocket。
   • Netty 提供了更多的灵活性和自定义选项，适用于复杂的 WebSocket 应用。

2. 性能：

   • Netty 以其高性能和低延迟而闻名，适用于需要处理大量并发连接的应用。

3. 协议支持：

   • Netty 支持多种协议，不仅限于 WebSocket。这意味着你可以在同一个应用程序中处理多种网络通信需求。

4. 集成：

   • 尽管 Netty 可以集成到 Spring Boot 中，但其集成可能需要更多的配置和代码。

5. 复杂应用：

   • 当你需要处理复杂的 WebSocket 场景，如高并发、自定义协议、复杂的消息处理等时，使用 Netty 是更好的选择。

总结和选择：

选择原生 WebSocket 还是使用 Netty 创建 WebSocket 应取决于你的项目需求和复杂性：

• 如果你的应用相对简单，对性能要求不是很高，可以考虑使用原生 WebSocket API，它更容易上手并且不需要额外的依赖。

• 如果你的应用需要处理高并发、复杂的协议、自定义消息处理或需要最大程度的性能和灵活性，那么使用 Netty 创建 WebSocket 可能更合适。Netty 为你提供了更多的控制权和自定义选项。

无论你选择哪种方法，Spring Boot 都提供了良好的支持，使得在应用中集成 WebSocket 变得相对容易。因此，你可以根据具体的项目需求来选择适合你的方法。

Netty 实现 Websocket

• 添加 maven 坐标

  <!-- netty -->  <dependency>  <groupId>io.netty</groupId>  <artifactId>netty-common</artifactId>  <version>4.1.79.Final</version>  </dependency>
  

• 创建 NettyWebsocketServer

  package com.todoitbo.baseSpringbootDasmart.netty.server;  import com.todoitbo.baseSpringbootDasmart.netty.handler.HeartbeatHandler;  import com.todoitbo.baseSpringbootDasmart.netty.handler.WebSocketHandler;  import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;  import io.netty.channel.*;  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.stream.ChunkedWriteHandler;  import io.netty.handler.timeout.IdleStateHandler;  import io.netty.handler.traffic.ChannelTrafficShapingHandler;  /**  * @author xiaobo  * @date 2023/9/5  */public class NettyWebsocketServer {  private final int port;  public NettyWebsocketServer(int port) {  this.port = port;  }  public void run() throws Exception {  EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1); // 创建用于接受客户端连接的 boss 线程池  EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(); // 创建用于处理客户端请求的 worker 线程池  try {  ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();  b.group(bossGroup, workerGroup)  .channel(NioServerSocketChannel.class)  .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {  @Override  public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {  ChannelTrafficShapingHandler trafficShapingHandler = new ChannelTrafficShapingHandler(  1, // 读取速率限制（字节/秒）  1, // 写入速率限制（字节/秒）  1, // 流量检查时间间隔（毫秒）  1 // 最大允许的时间窗口（毫秒）  );  ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();  // 添加心跳检测处理器，3秒内没有读写事件将触发 IdleStateEvent，下面的顺序错了也会出现问题的  pipeline.addLast(new IdleStateHandler(30, 0, 0));  pipeline.addLast(new HeartbeatHandler());  pipeline.addLast(new HttpServerCodec()); // 处理 HTTP 请求  pipeline.addLast(new ChunkedWriteHandler()); // 写大数据流的处理器  pipeline.addLast(new HttpObjectAggregator(8192)); // 将 HTTP 消息聚合为 FullHttpRequest 或 FullHttpResponse  // pipeline.addLast(new WebSocketFrameAggregator(8192)); // 将 HTTP 消息聚合为 FullHttpRequest 或 FullHttpResponse  // pipeline.addLast(new WebSocketServerCompressionHandler()); // 消息压缩  pipeline.addLast(new WebSocketHandler()); // 自定义 WebSocket 处理器  pipeline.addLast(new WebSocketServerProtocolHandler("/ws", null, true, 65536 * 10)); // 处理 WebSocket 升级握手和数据帧处理  }  })  .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128)          // 设置服务器接受队列大小  .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true); // 开启 TCP 连接的 Keep-Alive 功能  // Bind and start to accept incoming connections.  System.out.println("TCP server started successfully");  ChannelFuture f = b.bind(port).sync(); // 绑定端口并等待绑定完成  // Wait until the server socket is closed.  // In this example, this does not happen, but you can do that to gracefully            // shut down your server.            f.channel().closeFuture().sync(); // 阻塞直到服务器关闭  } finally {  // 优雅地关闭线程池  workerGroup.shutdownGracefully();  bossGroup.shutdownGracefully();  }  }  }
  

这里需要注意一下，pipeline.addLast的顺序不一致可能会导致程序报错，运行时

• 创建心跳 handle

  package com.todoitbo.baseSpringbootDasmart.netty.handler;  import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;  
  import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;  
  import io.netty.handler.timeout.IdleState;  
  import io.netty.handler.timeout.IdleStateEvent;  public class HeartbeatHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {  int readTimeOut = 0;  @Override  public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) throws Exception {  IdleStateEvent event = (IdleStateEvent) evt;  if(event.state() == IdleState.READER_IDLE){  readTimeOut++;  }  if(readTimeOut >= 3){  System.out.println("超时超过3次，断开连接");  ctx.close();  }  }  
  }
  

• 创建WebSocketHandler

  package com.todoitbo.baseSpringbootDasmart.netty.handler;  import cn.hutool.core.collection.CollectionUtil;  import com.todoitbo.baseSpringbootDasmart.netty.NamedChannelGroup;  import io.netty.buffer.ByteBuf;  import io.netty.buffer.Unpooled;  import io.netty.channel.*;  import io.netty.handler.codec.http.*;  import io.netty.handler.codec.http.websocketx.*;  import io.netty.util.AttributeKey;  import io.netty.util.CharsetUtil;  import lombok.extern.slf4j.Slf4j;  import java.util.HashMap;  import java.util.List;  import java.util.Map;  /**  * @author xiaobo  */@Slf4j  public class WebSocketHandler extends SimpleChannelInboundHandler<Object> {  private WebSocketServerHandshaker handshaker;  public static final AttributeKey<String> USER_ID_KEY = AttributeKey.valueOf("userId");  public static final AttributeKey<String> GROUP_ID_KEY = AttributeKey.valueOf("groupId");  private static final Map<Channel, String> WORK_CHANNEL_MAP = new HashMap<Channel,String>();  @Override  public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {  log.info("与客户端建立连接，通道开启！");  // 添加到channelGroup通道组（广播）  // 之后可以根据ip来进行分组  NamedChannelGroup.getChannelGroup("default").add(ctx.channel());  }  @Override  public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {  log.info("与客户端断开连接，通道关闭！");  // 从channelGroup通道组（广播）中删除  // 之后可以根据ip来进行分组  Channel channel = ctx.channel();  NamedChannelGroup.getChannelGroup("default").remove(channel);  WORK_CHANNEL_MAP.remove(channel);  }  public boolean userAuthentication(ChannelHandlerContext ctx,FullHttpRequest req) {  // 提取URI参数  QueryStringDecoder queryStringDecoder = new QueryStringDecoder(req.uri());  Map<String, List<String>> parameters = queryStringDecoder.parameters();  // 根据参数进行处理  List<String> userId = parameters.get("userId");  List<String> groupId = parameters.get("groupId");  if (CollectionUtil.isNotEmpty(userId) && CollectionUtil.isNotEmpty(groupId)) {  ctx.channel().attr(USER_ID_KEY).set(userId.get(0));  ctx.channel().attr(GROUP_ID_KEY).set(groupId.get(0));  return true;  }else {  return false;  }  }  private void handleHttpRequest(ChannelHandlerContext ctx, FullHttpRequest req) {  // 检查是否升级到WebSocket  if (!req.decoderResult().isSuccess() || (!"websocket".equals(req.headers().get("Upgrade")))) {  // 如果不是WebSocket协议的握手请求，返回400 Bad Request响应  sendHttpResponse(ctx, req, new DefaultFullHttpResponse(HttpVersion.HTTP_1_1, HttpResponseStatus.BAD_REQUEST));  return;  }  // 构建握手响应  WebSocketServerHandshakerFactory wsFactory = new WebSocketServerHandshakerFactory(  getWebSocketLocation(req), null, true);  handshaker = wsFactory.newHandshaker(req);  if (handshaker == null) {  // 如果不支持WebSocket版本，返回HTTP 426 Upgrade Required响应  WebSocketServerHandshakerFactory.sendUnsupportedVersionResponse(ctx.channel());  } else {  handshaker.handshake(ctx.channel(), req);  // 进行WebSocket握手  // 在认证成功后，设置用户ID到Channel属性中  boolean authentication = userAuthentication(ctx,req);// 这里需要实现用户认证逻辑  if (!authentication) {  // 用户认证失败，可能需要关闭连接或发送认证失败消息  // 1. 关闭连接：  ctx.close();  // 2. 发送认证失败消息给客户端：  String failureMessage = "认证失败，请提供有效的身份验证信息。";  ctx.writeAndFlush(failureMessage);  return;  }  // 其他逻辑...  WORK_CHANNEL_MAP.put(ctx.channel(), ctx.channel().attr(GROUP_ID_KEY).get());  }  }  private void sendHttpResponse(ChannelHandlerContext ctx, FullHttpRequest req, FullHttpResponse res) {  // 发送HTTP响应  if (res.status().code() != 200) {  ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer(res.status().toString(), CharsetUtil.UTF_8);  res.content().writeBytes(buf);  buf.release();  HttpUtil.setContentLength(res, res.content().readableBytes());  }  ChannelFuture future = ctx.channel().writeAndFlush(res);  if (!HttpUtil.isKeepAlive(req) || res.status().code() != 200) {  future.addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);  }  }  private String getWebSocketLocation(FullHttpRequest req) {  return "ws://" + req.headers().get(HttpHeaderNames.HOST) + req.uri();  }  private void handleWebSocketFrame(ChannelHandlerContext ctx, WebSocketFrame frame) {  // 处理WebSocket消息，可以根据实际需求进行处理  if (frame instanceof TextWebSocketFrame) {  // 处理文本消息  String text = ((TextWebSocketFrame) frame).text();  System.out.println("Received message: " + text);  // 可以在这里处理WebSocket消息并发送响应  // ...  } else if (frame instanceof BinaryWebSocketFrame) {  // 处理二进制WebSocket消息  // ...  System.out.println("123");  } else if (frame instanceof CloseWebSocketFrame) {  // 处理WebSocket关闭请求  handshaker.close(ctx.channel(), (CloseWebSocketFrame) frame.retain());  } else if (frame instanceof PingWebSocketFrame) {  // 处理WebSocket Ping消息  System.out.println("cs");  ctx.channel().write(new PongWebSocketFrame(frame.content().retain()));  }  }  @Override  protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {  if (msg instanceof FullHttpRequest) {  // 处理HTTP握手请求  handleHttpRequest(ctx, (FullHttpRequest) msg);  } else if (msg instanceof WebSocketFrame) {  // 处理WebSocket消息  handleWebSocketFrame(ctx, (WebSocketFrame) msg);  }  }  @Override  public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {  // 发生异常时的处理  log.error(cause.getMessage());  ctx.close();  }  }
  

• 创建NamedChannelGroup

  package com.todoitbo.baseSpringbootDasmart.netty;import io.netty.channel.group.ChannelGroup;
  import io.netty.channel.group.DefaultChannelGroup;
  import io.netty.util.concurrent.GlobalEventExecutor;import java.util.Map;
  import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;public class NamedChannelGroup{private String groupName;public static Map<String,ChannelGroup> channelGroupMap = new ConcurrentHashMap<>();static {channelGroupMap.put("default", new DefaultChannelGroup(GlobalEventExecutor.INSTANCE));}public static void setGroupName(String groupName){channelGroupMap.put(groupName, new DefaultChannelGroup(GlobalEventExecutor.INSTANCE));}public static ChannelGroup getChannelGroup(String groupName){return channelGroupMap.get(groupName);}
  }
  

Server-Sent Events (SSE)实现

创建DataManager

package com.todoitbo.baseSpringbootDasmart.sse;import org.springframework.http.MediaType;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.web.servlet.mvc.method.annotation.SseEmitter;import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;/*** 数据管理器用于管理Server-Sent Events (SSE) 的订阅和数据推送。* @author xiaobo*/
@Component
public class DataManager {private final Map<String, List<SseEmitter>> dataEmitters = new HashMap<>();/*** 订阅特定数据类型的SSE连接。** @param dataType 要订阅的数据类型* @param emitter  SSE连接*/public void subscribe(String dataType, SseEmitter emitter) {dataEmitters.computeIfAbsent(dataType, k -> new ArrayList<>()).add(emitter);emitter.onCompletion(() -> removeEmitter(dataType, emitter));emitter.onTimeout(() -> removeEmitter(dataType, emitter));}/*** 推送特定数据类型的数据给所有已订阅的连接。** @param dataType 要推送的数据类型* @param data     要推送的数据*/public void pushData(String dataType, String data) {List<SseEmitter> emitters = dataEmitters.getOrDefault(dataType, new ArrayList<>());emitters.forEach(emitter -> {try {emitter.send(SseEmitter.event().data(data, MediaType.TEXT_PLAIN));} catch (IOException e) {removeEmitter(dataType, emitter);}});}private void removeEmitter(String dataType, SseEmitter emitter) {List<SseEmitter> emitters = dataEmitters.get(dataType);if (emitters != null) {emitters.remove(emitter);}}
}

接口实现

package com.todoitbo.baseSpringbootDasmart.controller;  import com.todoitbo.baseSpringbootDasmart.sse.DataManager;  
import org.springframework.http.MediaType;  
import org.springframework.http.ResponseEntity;  
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;  
import org.springframework.web.bind.annotation.PathVariable;  
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;  
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;  
import org.springframework.web.servlet.mvc.method.annotation.SseEmitter;  import javax.annotation.Resource;  /**  * @author xiaobo  */
@RestController  
@RequestMapping("/environment")  
public class EnvironmentController {  @Resource    private DataManager dataManager;  @GetMapping(value = "/subscribe", produces = MediaType.TEXT_EVENT_STREAM_VALUE)  public SseEmitter subscribe() {  SseEmitter emitter = new SseEmitter();  dataManager.subscribe("environment", emitter);  return emitter;  }  // 示例：推送环境监测数据给前端  @GetMapping("/push/{testText}")  public ResponseEntity<String> pushEnvironmentData(@PathVariable String testText) {  dataManager.pushData("environment", testText);  return ResponseEntity.ok("Data pushed successfully.");  }  
}

实现说明

每个不同类型的数据推送都需要一个对应的SSE订阅端点（subscribe）。每个数据类型都有一个对应的订阅端点，用于前端建立SSE连接，并在后端接收和处理特定类型的数据推送。

在你的后端应用中，对于每种数据类型，你需要创建一个对应的Controller或处理器来处理该数据类型的SSE订阅。每个Controller会有自己的SSE订阅端点，前端可以连接到不同的端点以接收相应类型的数据。

这种方式允许你将不同类型的数据推送逻辑分离，使代码更具可维护性和可扩展性。当有新的数据可用时，只需调用相应类型的数据推送方法，而不必修改通用的SSE管理逻辑。

前端实现

<!DOCTYPE html>
<html>
<head><title>SSE Data Receiver</title>
</head>
<body><h1>Real-time Data Display</h1><div id="data-container"></div><script>const dataContainer = document.getElementById('data-container');// 创建一个 EventSource 对象，指定 SSE 服务器端点的 URLconst eventSource = new EventSource('http://127.0.0.1:13024/environment/subscribe'); // 根据你的控制器端点来设置URL// 添加事件处理程序，监听服务器端发送的事件eventSource.onmessage = (event) => {const data = event.data;// 在这里处理从服务器接收到的数据// 可以将数据显示在页面上或进行其他操作const newDataElement = document.createElement('p');newDataElement.textContent = data;dataContainer.appendChild(newDataElement);};eventSource.onerror = (error) => {// 处理连接错误console.error('Error occurred:', error);};</script>
</body>
</html>

弊端以及解决方案

如果你没什么处理的话，在它首次调用subscribe时候可能会出现连接超时的问题，因为这个是一个长连接，出现这种问题是因为，此时并没有数据产生，至此，除非你刷新页面，否则即使有数据产生前端也不会受到了

你希望前端在第一次订阅SSE连接后，即使后端没有数据产生，之后也能接收到数据。这可以通过以下方式来实现：

1. 保持持久连接： 确保前端建立的SSE连接是持久性连接，不会在第一次连接成功后关闭。这可以让连接一直保持打开状态，即使后端没有即时数据产生。你可以在前端代码中使用以下方式来确保连接持久：

   const eventSource = new EventSource('/environment/subscribe');
   

   默认情况下，EventSource对象会自动重连，以保持连接的持久性。

2. 定期发送心跳数据： 在后端定期发送一些心跳数据，以确保连接保持活跃。这可以防止连接超时关闭。你可以在后端定期发送一个包含无用信息的SSE事件，例如：

   @Scheduled(fixedRate = 30000) // 每30秒发送一次心跳数据
   public void sendHeartbeat() {dataManager.pushData("heartbeat", "Heartbeat data");
   }
   

   前端可以忽略这些心跳事件，但它们会保持连接处于活跃状态。

3. 前端自动重连： 在前端代码中添加自动重连逻辑，以处理连接断开的情况。这样，如果连接由于某种原因断开，前端会自动尝试重新建立连接。示例：

   const eventSource = new EventSource('/environment/subscribe');eventSource.onerror = (error) => {// 处理连接错误console.error('Error occurred:', error);// 重新建立连接eventSource.close();setTimeout(() => {// 重新建立连接eventSource = new EventSource('/environment/subscribe');}, 1000); // 1秒后重试
   };
   

通过结合上述方法，你可以确保前端能够建立并保持持久SSE连接，即使后端没有即时数据产生。这样，一旦后端有数据产生，前端也可以接收到数据而无需重新订阅。