WebSocket協議基礎

WebSocket作為現代實時通信的核心技術，通過全雙工TCP通道實現了接近實時的數據傳輸能力。該協議主要包含以下核心特性：

協議特點與通信機制

1. 全雙工通信：與HTTP等傳統協議不同，WebSocket允許客戶端和服務端同時發送和接收數據，消除了請求-響應模式的限制
2. 消息類型支持：協議原生定義文本(text)和二進制(binary)兩種消息格式，開發者可根據場景靈活選擇
3. 子協議擴展：通常配合STOMP(Simple Text-Oriented Messaging Protocol)等高層協議使用，實現結構化消息傳遞

連接建立過程

WebSocket通過特殊的握手過程建立持久連接：

客戶端請求示例：
GET /chat HTTP/1.1
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZSB3aGljaCBrZXk=服務端響應示例：
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzh5fWusIqFw=

握手流程包含三個關鍵階段：

1. 客戶端發送包含Upgrade: websocket頭的HTTP請求
2. 服務端返回101狀態碼確認協議切換
3. 通過Sec-WebSocket-Key和Sec-WebSocket-Accept完成安全驗證

STOMP子協議架構

STOMP作為WebSocket的上層協議提供消息代理功能：

// Spring Boot中的STOMP配置示例
@Configuration
@EnableWebSocketMessageBroker
public class WebSocketConfig implements WebSocketMessageBrokerConfigurer {@Overridepublic void configureMessageBroker(MessageBrokerRegistry config) {config.enableSimpleBroker("/topic");config.setApplicationDestinationPrefixes("/app");}@Overridepublic void registerStompEndpoints(StompEndpointRegistry registry) {registry.addEndpoint("/ws").withSockJS();}
}

該配置實現了：

• 消息代理前綴設置(/topic)
• 應用目標前綴定義(/app)
• STOMP端點注冊(/ws)

與傳統方案的對比優勢

特性	WebSocket	HTTP輪詢
延遲	毫秒級	秒級
帶寬消耗	低(持久連接)	高(重復頭信息)
服務器壓力	恒定連接數	高頻新建連接
消息方向	雙向	單向
協議開銷	一次握手	每次請求握手

實際測試表明，在每秒1000條消息的場景下，WebSocket的CPU占用率比HTTP輪詢降低約60%，網絡流量減少75%以上。這種效率優勢在實時聊天、金融行情推送等高頻交互場景中尤為明顯。

Spring Boot集成WebSocket

核心依賴配置

在Spring Boot項目中集成WebSocket只需添加spring-boot-starter-websocket依賴，該starter會自動配置必要的WebSocket基礎設施。典型Gradle配置如下：

dependencies {implementation 'org.springframework.boot:spring-boot-starter-websocket'implementation 'org.webjars:sockjs-client:1.5.1'implementation 'org.webjars:stomp-websocket:2.3.4'implementation 'com.fasterxml.jackson.datatype:jackson-datatype-jsr310'
}

關鍵依賴說明：

• sockjs-client：提供瀏覽器兼容性支持
• stomp-websocket：實現STOMP協議客戶端
• jackson-datatype-jsr310：處理Java 8時間類型序列化

消息代理配置

通過實現WebSocketMessageBrokerConfigurer接口進行消息代理配置：

@Configuration
@EnableWebSocketMessageBroker
public class UserSocketConfiguration implements WebSocketMessageBrokerConfigurer {@Overridepublic void configureMessageBroker(MessageBrokerRegistry config) {config.enableSimpleBroker("/topic");config.setApplicationDestinationPrefixes("/app");}@Overridepublic void registerStompEndpoints(StompEndpointRegistry registry) {registry.addEndpoint("/logs").withSockJS();}
}

配置要點：

1. enableSimpleBroker("/topic")：啟用內存消息代理，處理/topic前綴的消息
2. setApplicationDestinationPrefixes("/app")：定義應用消息前綴
3. withSockJS()：啟用SockJS回退選項

消息發送實現

使用MessageSendingOperations接口實現消息發送：

@Component
@AllArgsConstructor
public class UserSocket {private final MessageSendingOperations messageSendingOperations;public void sendUserEvent(Map event) {Map message = new HashMap<>(){{put("event", event);put("version", "1.0");put("time", LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")));}};messageSendingOperations.convertAndSend("/topic/user-logs", message);}
}

消息處理流程：

1. 構造包含事件數據、版本和時間戳的消息體
2. 通過convertAndSend方法發送到指定主題
3. 所有訂閱/topic/user-logs的客戶端將實時接收消息

客戶端實現示例

瀏覽器端使用SockJS+STOMP的典型實現：

let stompClient = null;function connect() {let socket = new SockJS('/logs');stompClient = Stomp.over(socket);stompClient.connect({}, function(frame) {stompClient.subscribe('/topic/user-logs', function(response) {showLogs(JSON.parse(response.body));});});
}function showLogs(message) {console.log('Received:', message);
}

跨應用通信實現

其他Spring Boot應用可通過WebSocketStompClient接入：

@Configuration
public class UserSocketConfiguration {@Beanpublic WebSocketStompClient