【Netty+WebSocket詳解】WebSocket全雙工通信與Netty的高效結合與實戰

一、 Netty網絡框架、WebSocket協議基礎

????????1.1 Netty網絡框架介紹

????????1.2?WebSocket簡介

????????1.3 WebSocket握手流程

二、為什么選擇Netty+WebSocket？

三、Netty+WebSocket與Spring WebSocket

????????3.1 架構層級對比

????????3.2 核心組件差異

????????3.3?協議支持深度

????????3.4?性能基準測試

????????3.5?開發效率對比

????????3.6?典型應用場景

????????3.7 集成生態對比?編輯

四、基于Netty+WebSocket構建高性能實時通信系統

????????4.1 技術選型

????????4.2?pom.xml核心依賴

????????4.3?Netty服務的啟動類(服務器)

????????4.4 WebSocket初始化器

????????4.5 心跳處理類

????????4.6?消息處理器

????????4.7 Vue2 WebSocket連接核心代碼

五、總結

一、 Netty網絡框架、WebSocket協議基礎

1.1 Netty網絡框架介紹

參考我的另一篇文章：【Netty框架全解析】：從基礎概念到高階實踐，從零玩轉高性能網絡框架！-CSDN博客

1.2?WebSocket簡介

WebSocket是一種在單個TCP連接上進行全雙工通信的協議，解決了HTTP協議的半雙工和輪詢效率低的問題。其核心特點：

全雙工：客戶端和服務端可同時發送數據。

持久連接：一次握手后保持長連接。

低延遲：無需頻繁建立連接。

1.3 WebSocket握手流程

客戶端發起HTTP請求：包含Upgrade：websocket頭。

服務端響應101狀態碼：表示協議切換成功。

數據幀傳輸：后續通信通過二進制幀（Frame）進行。

握手請求示例：

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Version: 13

握手響應示例：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=

二、為什么選擇Netty+WebSocket？

在實時通信（IM）場景中，低延遲、高并發、長連接是核心需求。Netty作為高性能網絡框架，結合WebSocket協議，能夠完美滿足這些要求：

全雙工通信：WebSocket支持服務端主動推送，告別HTTP輪詢

低延遲：Netty的Reactor線程模型+零拷貝技術，輕松支撐10萬級并發

協議靈活：可擴展支持自定義二進制協議

本文將帶你從零開始實現一個完整的IM系統，涵蓋消息收發、用戶在線狀態管理、心跳檢測等核心功能，并提供可運行的完整代碼。

三、Netty+WebSocket與Spring WebSocket

3.1 架構層級對比

3.2 核心組件差異

Netty核心模塊

// 典型Netty WebSocket配置
pipeline.addLast(new HttpServerCodec()); // HTTP編解碼
pipeline.addLast(new HttpObjectAggregator(65536)); // 聚合HTTP請求
pipeline.addLast(new WebSocketServerProtocolHandler("/ws")); // 協議升級
pipeline.addLast(new CustomFrameHandler()); // 自定義業務處理

Spring核心模塊

// 典型Spring配置
@Configuration
@EnableWebSocket
public class Config implements WebSocketConfigurer {void registerWebSocketHandlers(WebSocketHandlerRegistry registry) {registry.addHandler(myHandler(), "/ws");}
}

3.3?協議支持深度

3.4?性能基準測試

3.5?開發效率對比

3.6?典型應用場景

Netty更適合：

游戲服務器（需要自定義二進制協議）

金融級交易系統（微秒級延遲要求）

IoT設備接入（海量長連接管理）

Spring WebSocket更適合：

企業級消息通知系統

實時協作應用（如在線文檔）

需要快速集成Spring Security的場景

3.7 集成生態對比

四、基于Netty+WebSocket構建高性能實時通信系統

4.1 技術選型

Java?8+、Netty?4.x、WebSocket協議、Maven

4.2?pom.xml核心依賴

<dependencies><dependency><groupId>io.netty</groupId><artifactId>netty-all</artifactId><version>4.1.86.Final</version></dependency>
</dependencies>

4.3?Netty服務的啟動類(服務器)

/*** ChatServer: Netty 服務的啟動類(服務器)*/
public class ChatServer {public static void main(String[] args) throws Exception {// 定義主從線程組// 定義主線程池，用于接受客戶端的連接，但是不做任何處理，比如老板會談業務，拉到業務就會交給下面的員工去做了EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();// 定義從線程池，處理主線程池交過來的任務，公司業務員開展業務，完成老板交代的任務EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();try {// 構建Netty服務器ServerBootstrap server = new ServerBootstrap();     // 服務的啟動類server.group(bossGroup, workerGroup)                // 把主從線程池組放入到啟動類中.channel(NioServerSocketChannel.class)      // 設置Nio的雙向通道.childHandler(new WSServerInitializer());   // 設置處理器，用于處理workerGroup// 啟動server，并且綁定端口號875，同時啟動方式為"同步"ChannelFuture channelFuture = server.bind(875).sync();// 請求：http://127.0.0.1:875// 監聽關閉的channelchannelFuture.channel().closeFuture().sync();} finally {// 優雅的關閉線程池組bossGroup.shutdownGracefully();workerGroup.shutdownGracefully();}}}

4.4 WebSocket初始化器

/*** 初始化器，channel注冊后，會執行里面的相應的初始化方法*/
public class WSServerInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel channel) throws Exception {// 通過SocketChannel獲得對應的管道ChannelPipeline pipeline = channel.pipeline();/*** 通過管道，添加handler處理器*/// HttpServerCodec 是由netty自己提供的助手類，此處可以理解為管道中的攔截器// 當請求到服務端，我們需要進行做解碼，相應到客戶端做編碼// websocket 基于http協議，所以需要有http的編解碼器pipeline.addLast(new HttpServerCodec());// 添加對大數據流的支持pipeline.addLast(new ChunkedWriteHandler());// 對httpMessage進行聚合，聚合成為FullHttpRequest或FullHttpResponse// 幾乎在netty的編程中，都會使用到此handlerpipeline.addLast(new HttpObjectAggregator(1024 * 64));// ==================== 以上是用于支持http協議相關的handler ====================// ==================== 增加心跳支持 start ====================// 針對客戶端，如果在5小時沒有向服務端發送讀寫心跳(ALL)，則主動斷開連接// 如果是讀空閑或者寫空間，不做任何處理(參數分別對應讀空閑、寫空閑、讀寫空閑秒數)pipeline.addLast(new IdleStateHandler(8,10,300 * 60));pipeline.addLast(new HeartBeatHandler());// ==================== 增加心跳支持 end ====================// ==================== 以下是用于支持websocket ====================/*** WebSocket 服務器處理的協議，用于指定給客戶端連接的時候訪問路由： /ws* 此Handler會幫我們處理一些比較復雜的繁重的操作* 會處理一些握手操作：handShaking（close,ping,pong）ping + pong = 心跳* 對于WebSocket來說，數據都是以frames(幀)進行傳輸的，不同的數據類型所對應的frames(幀)也都不同*/pipeline.addLast(new WebSocketServerProtocolHandler("/ws"));// 添加自定義的助手類pipeline.addLast(new ChatHandler());}
}

4.5 心跳處理類

/*** 創建心跳助手類*/
public class HeartBeatHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {@Overridepublic void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) throws Exception {// 判斷evt是否是IdleStateEvent(空閑事件狀態，包含 讀空閑/寫空閑/讀寫空閑)if (evt instanceof IdleStateEvent) {IdleStateEvent event = (IdleStateEvent)evt;if (event.state() == IdleState.READER_IDLE) {// System.out.println("進入讀空閑...");} else if (event.state() == IdleState.WRITER_IDLE) {// System.out.println("進入寫空閑...");} else if (event.state() == IdleState.ALL_IDLE) {Channel channel = ctx.channel();// 關閉無用的channel，以防資源浪費channel.close();}}}
}

4.6?消息處理器

/*** 創建自定義助手類*/
// SimpleChannelInboundHandler: 對于請求來說，相當于入站(入境)
// TextWebSocketFrame: 用于為websocket專門處理的文本數據對象，Frame是數據(消息)的載體
public class ChatHandler extends SimpleChannelInboundHandler<TextWebSocketFrame> {// 存儲所有連接的Channelprivate static final ChannelGroup clients = new DefaultChannelGroup(GlobalEventExecutor.INSTANCE);@Overridepublic void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {clients.add(ctx.channel());System.out.println("客戶端連接: " + ctx.channel().id());}@Overridepublic void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) {clients.remove(ctx.channel());System.out.println("客戶端斷開: " + ctx.channel().id());}@Overrideprotected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, TextWebSocketFrame frame) {String msg = frame.text();System.out.println("收到消息: " + msg);// 方案1：廣播給所有客戶端clients.writeAndFlush(new TextWebSocketFrame("[廣播] " + msg));// 方案2：轉發給特定客戶端（示例邏輯）if (msg.startsWith("@")) {forwardToTargetClient(msg);}}private void forwardToTargetClient(String msg) {String targetId = msg.substring(1, msg.indexOf(" "));String content = msg.substring(msg.indexOf(" ") + 1);clients.stream().filter(ch -> ch.id().asShortText().equals(targetId)).findFirst().ifPresent(ch -> ch.writeAndFlush(new TextWebSocketFrame("[私信] " + content)));}/*** 發生異常并且捕獲，移除channel*/@Overridepublic void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {clients.remove(ctx.channel());ctx.close();cause.printStackTrace();}
}

4.7 Vue2 WebSocket連接核心代碼

// src/utils/websocket.js
export default class SocketService {static instance = nullstatic get Instance() {if (!this.instance) {this.instance = new SocketService()}return this.instance}// 連接狀態標記connected = falsews = null// 初始化連接connect() {if (!this.connected) {this.ws = new WebSocket('ws://localhost:875')this.ws.onopen = () => {this.connected = trueconsole.log('Netty連接成功')}this.ws.onmessage = (msg) => {console.log('收到消息:', msg.data)// 這里可以觸發Vuex的action處理消息}this.ws.onclose = () => {this.connected = falseconsole.log('Netty連接關閉')}this.ws.onerror = (err) => {console.error('連接錯誤:', err)}}}// 發送消息send(data) {if (this.connected) {this.ws.send(JSON.stringify(data))} else {console.error('尚未建立連接')}}
}

<template><div><button @click="connect">連接Netty</button><button @click="sendTestMsg">發送測試消息</button><div v-for="(msg, index) in messages" :key="index">{{ msg }}</div></div>
</template><script>
import SocketService from '@/utils/websocket'export default {data() {return {messages: []}},methods: {connect() {SocketService.Instance.connect()},sendTestMsg() {SocketService.Instance.send({type: 'test',content: 'Hello Netty!',timestamp: Date.now()})}},mounted() {// 可選：組件加載時自動連接// this.connect()}
}
</script>