基于 Netty 实现的 WebSocket 服务端

Knight_AL2026-10-09 19:52

目录

  • [一、短轮询（Short Polling）](#一、短轮询（Short Polling）)
  • [二、长轮询（Long Polling）](#二、长轮询（Long Polling）)
  • [三、WebSocket 长连接](#三、WebSocket 长连接)
  • 四、总结
  • [五、基于 Netty 实现的 WebSocket 服务端](#五、基于 Netty 实现的 WebSocket 服务端)
    • 1、整体架构说明
    • [2、NettyWebSocketServer：WebSocket 服务端](#2、NettyWebSocketServer：WebSocket 服务端)
      • [1. 线程组创建](#1. 线程组创建)
      • [2. 启动方法](#2. 启动方法)
      • [3. 销毁方法](#3. 销毁方法)
      • [4. 服务器启动逻辑](#4. 服务器启动逻辑)
      • [5. 初始化管道（ChannelPipeline）](#5. 初始化管道（ChannelPipeline）)
    • 3、NettyWebSocketServerHandler：消息与事件处理
      • [1. 连接事件处理](#1. 连接事件处理)
      • [2. 消息读取与业务处理](#2. 消息读取与业务处理)
      • [3. 根据类型分发逻辑](#3. 根据类型分发逻辑)
    • 4、整体运行流程图
    • 5、总结
  • 六、附录代码

在许多业务场景中，服务端都需要主动向 Web 客户端推送消息 ，不仅仅限于 IM 通讯系统。

例如：

  • 小红点提醒
  • 新消息提示
  • 审批流通知

为了实现这些效果，通常会有几种服务端推送 Web 的方案。下面分别介绍三种常见方式：

一、短轮询（Short Polling）

原理

短轮询是指 Web 端不断地以固定时间间隔向服务端发送 HTTP 请求 。

如果服务端有新消息，就会在某次请求中返回。

示例：

阿斌之前做过的一个 OA 系统中，为了让用户实时收到审批流提醒或小红点提示，

客户端每秒向服务端发送一次请求，等待后端返回数据。

适用场景

  • 扫码登录：短时间内频繁查询二维码状态。
  • 小型 OA 系统：客户端数量不大，服务端压力较小。

缺点

  • 大量无效请求：大部分请求没有新消息返回，浪费服务器资源。
  • 服务端压力大：在高并发场景（如万人群聊）下，频繁请求会导致服务端难以承受。

实现思路

客户端（浏览器）以固定时间间隔（例如 1 秒或 5 秒）不断向服务端发起 HTTP 请求，检查是否有新消息。

前端示例（JavaScript）

javascript 复制代码 
// 每隔 5 秒向后端请求一次
setInterval(() => {
  fetch('/api/notice')
    .then(res => res.json())
    .then(data => {
      if (data.hasMessage) {
        console.log('📩 有新消息:', data.message);
      } else {
        console.log('无新消息');
      }
    })
    .catch(err => console.error('请求错误:', err));
}, 5000);

二、长轮询（Long Polling）

原理

长轮询是对短轮询的一种改进。

不同点在于：当请求没有新消息时，服务端不会立即返回，而是将请求"挂起（Hang）"一段时间。

  • 如果在这段时间内有新消息产生，服务端立即返回；
  • 如果超时仍无消息，再返回空响应；
  • Web 端再发起下一次请求。

因此，客户端的请求超时时间需要设置得更长一些。

优点

  • 相比短轮询，大幅减少了无效请求；
  • 降低了网络和服务器 QPS（每秒请求数）；
  • 客户端功耗更低。

缺点

  • 仍有无效请求：若等待时间内无消息，仍需重新发起请求；
  • 服务端压力依然较大 ：虽然降低了入口请求频率，但悬挂的请求仍会占用线程或连接资源。
    例如：若有 1000 个请求在等待，就可能有 1000 个线程在轮询后端存储资源。

实现思路

客户端发起请求后，服务端不立即响应 。

如果有新数据，立即返回；否则**挂起一段时间（例如 30 秒）**后再返回空结果。

客户端收到响应后再发起下一次请求。

前端示例（JavaScript）

javascript 复制代码 
function longPolling() {
  fetch('/api/long-poll')
    .then(res => res.json())
    .then(data => {
      if (data.hasMessage) {
        console.log('📢 新消息:', data.message);
      } else {
        console.log('⏳ 暂无消息');
      }
      // 继续下一轮请求
      longPolling();
    })
    .catch(err => {
      console.error('连接错误:', err);
      // 等待 3 秒后重试
      setTimeout(longPolling, 3000);
    });
}

// 启动长轮询
longPolling();

三、WebSocket 长连接

原理

相比轮询方式，WebSocket 是一种真正的双向通信方案 。

通过在客户端与服务端之间建立一个 持久的 TCP/IP 长连接 ，

实现全双工（Full-Duplex）通信，即服务端可以主动向客户端推送数据。

优点

  • 实现真正的实时通信；
  • 省去了轮询带来的网络与性能损耗；
  • 更高效、更节能。

缺点

  • 实现复杂度较高：需要维护连接状态、心跳检测、断线重连等逻辑。

四、总结

推送方案 优点 缺点 适用场景
短轮询 实现简单，适合轻量场景 请求频繁、性能浪费大 扫码登录、小型系统
长轮询 降低无效请求 服务端压力仍大 中等规模系统
WebSocket 实时推送、性能高效 实现复杂、需维护连接 大型系统、IM、通知推送

五、基于 Netty 实现的 WebSocket 服务端

1、整体架构说明

项目主要分成两个类：

类名 作用
NettyWebSocketServer 启动一个 WebSocket 服务器（负责网络层）
NettyWebSocketServerHandler 处理客户端消息和连接事件（负责业务层）

整个流程大致是：

启动服务器 → 客户端连接 → HTTP 升级为 WebSocket → 建立长连接 → 处理消息与心跳。

2、NettyWebSocketServer：WebSocket 服务端

1. 线程组创建

java 复制代码 
private EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
private EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(NettyRuntime.availableProcessors());
  • bossGroup：只负责接收客户端连接请求。
  • workerGroup：负责处理连接的读写事件。
  • NioEventLoopGroup：基于 NIO 实现的事件循环线程池。

简单理解：

boss 是"门卫"，worker 是"工人"。

2. 启动方法

java 复制代码 
@PostConstruct
public void start() throws InterruptedException {
    run();
}
  • @PostConstruct：表示当 Spring 容器启动时自动执行。
  • 调用 run() 启动 WebSocket 服务器。

3. 销毁方法

java 复制代码 
@PreDestroy
public void destroy() {
    bossGroup.shutdownGracefully();
    workerGroup.shutdownGracefully();
}
  • 在容器关闭时释放资源，优雅关闭线程组。

4. 服务器启动逻辑

java 复制代码 
ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();

ServerBootstrap 是 Netty 启动服务器的引导类。

然后配置：

java 复制代码 
serverBootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
    .channel(NioServerSocketChannel.class)
    .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128)
    .option(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true)
    .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))

含义：

  • channel(...)：使用 NIO 的 TCP 通信通道；
  • SO_BACKLOG：允许的最大排队连接数；
  • SO_KEEPALIVE：启用 TCP 心跳保活机制；
  • LoggingHandler：打印连接日志，方便调试。

5. 初始化管道（ChannelPipeline）

java 复制代码 
.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
    @Override
    protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
        ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
        ...
    }
});

这里是 WebSocket 的"核心逻辑链"，每一个连接都会被分配一个"管道（pipeline）"。

管道中添加的处理器如下：

处理器 功能
IdleStateHandler(30,0,0) 30秒内无读操作，则触发"读空闲"事件（可用来检测心跳超时）
HttpServerCodec() HTTP 编解码器（WebSocket 握手阶段需要 HTTP）
ChunkedWriteHandler() 支持大数据流分块写入（比如文件传输）
HttpObjectAggregator(8192) 将 HTTP 的分段消息聚合成完整请求（最大8KB）
WebSocketServerProtocolHandler("/") 负责将 HTTP 升级为 WebSocket 协议，并保持长连接
NettyWebSocketServerHandler() 自定义的业务逻辑处理类（见下）

最后一句：

java 复制代码 
serverBootstrap.bind(WEB_SOCKET_PORT).sync();

启动服务器，监听 8090 端口。

3、NettyWebSocketServerHandler：消息与事件处理

继承：

java 复制代码 
public class NettyWebSocketServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<TextWebSocketFrame>

TextWebSocketFrame 表示 WebSocket 的 文本帧（即发送的文本消息）。

1. 连接事件处理

java 复制代码 
@Override
public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt)

握手事件

java 复制代码 
if (evt instanceof WebSocketServerProtocolHandler.HandshakeComplete) {
    System.out.println("握手完成");
}

当 HTTP 协议成功升级为 WebSocket 时打印"握手完成"。

心跳超时

java 复制代码 
else if (evt instanceof IdleStateEvent) {
    if (event.state() == IdleState.READER_IDLE) {
        System.out.println("读空闲");
        ctx.channel().close();
    }
}
  • 超过 30 秒没收到消息（空闲），说明客户端断开或网络异常；
  • 服务器主动关闭连接。

2. 消息读取与业务处理

java 复制代码 
@Override
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, TextWebSocketFrame msg)

当客户端发来消息时执行。

java 复制代码 
String text = msg.text();
WSBaseReq wsBaseReq = JSONUtil.toBean(text, WSBaseReq.class);
  • 将客户端发送的 JSON 文本反序列化为 WSBaseReq 对象；
  • WSBaseReq 里通常有一个字段表示消息类型 type。

3. 根据类型分发逻辑

java 复制代码 
switch (WSReqTypeEnum.of(wsBaseReq.getType())) {
    case AUTHORIZE:
        break;
    case HEARTBEAT:
        break;
    case LOGIN:
        System.out.println("请求二维码");
        ctx.channel().writeAndFlush(new TextWebSocketFrame("123"));
}
类型 含义 行为
AUTHORIZE 授权（登录验证） 暂未实现
HEARTBEAT 心跳检测 暂未实现
LOGIN 登录请求（如扫码登录） 打印"请求二维码"，并向客户端返回字符串"123"

4、整体运行流程图

复制代码 
浏览器(客户端)
     ↓  HTTP握手
 NettyWebSocketServer
     ↓  升级协议(状态码101)
     ↓  建立长连接
 NettyWebSocketServerHandler
     ↓  监听消息(TextWebSocketFrame)
     ↓  分发业务逻辑
     ↓  服务器可随时向客户端推送消息

5、总结

模块 职责
NettyWebSocketServer 搭建底层服务器、配置管道、维持长连接
NettyWebSocketServerHandler 处理业务逻辑：握手、心跳、消息分发
IdleStateHandler 心跳检测，断线清理
WebSocketServerProtocolHandler HTTP → WebSocket 协议升级
TextWebSocketFrame WebSocket 的消息载体

六、附录代码

csharp 复制代码 
package com.donglin.mallchat.common.websocket;

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.ChannelPipeline;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
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.logging.LogLevel;
import io.netty.handler.logging.LoggingHandler;
import io.netty.handler.stream.ChunkedWriteHandler;
import io.netty.handler.timeout.IdleStateHandler;
import io.netty.util.NettyRuntime;
import io.netty.util.concurrent.Future;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

import javax.annotation.PostConstruct;
import javax.annotation.PreDestroy;

@Slf4j
@Configuration
public class NettyWebSocketServer {
    public static final int WEB_SOCKET_PORT = 8090;
    // 创建线程池执行器
    private EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
    private EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(NettyRuntime.availableProcessors());

    /**
     * 启动 ws server
     *
     * @return
     * @throws InterruptedException
     */
    @PostConstruct
    public void start() throws InterruptedException {
        run();
    }

    /**
     * 销毁
     */
    @PreDestroy
    public void destroy() {
        Future<?> future = bossGroup.shutdownGracefully();
        Future<?> future1 = workerGroup.shutdownGracefully();
        future.syncUninterruptibly();
        future1.syncUninterruptibly();
        log.info("关闭 ws server 成功");
    }

    public void run() throws InterruptedException {
        // 服务器启动引导对象
        ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
        serverBootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
                .channel(NioServerSocketChannel.class)
                .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128)
                .option(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true)
                .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO)) // 为 bossGroup 添加 日志处理器
                .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                    @Override
                    protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
                        ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline();
                        //30秒客户端没有向服务器发送心跳则关闭连接
                        pipeline.addLast(new IdleStateHandler(30, 0, 0));
                        // 因为使用http协议，所以需要使用http的编码器，解码器
                        pipeline.addLast(new HttpServerCodec());
                        // 以块方式写，添加 chunkedWriter 处理器
                        pipeline.addLast(new ChunkedWriteHandler());
                        /**
                         * 说明：
                         *  1. http数据在传输过程中是分段的，HttpObjectAggregator可以把多个段聚合起来；
                         *  2. 这就是为什么当浏览器发送大量数据时，就会发出多次 http请求的原因
                         */
                        pipeline.addLast(new HttpObjectAggregator(8192));
                        //保存用户ip
//                        pipeline.addLast(new HttpHeadersHandler());
                        /**
                         * 说明：
                         *  1. 对于 WebSocket，它的数据是以帧frame 的形式传递的；
                         *  2. 可以看到 WebSocketFrame 下面有6个子类
                         *  3. 浏览器发送请求时： ws://localhost:7000/hello 表示请求的uri
                         *  4. WebSocketServerProtocolHandler 核心功能是把 http协议升级为 ws 协议，保持长连接；
                         *      是通过一个状态码 101 来切换的
                         */
                        pipeline.addLast(new WebSocketServerProtocolHandler("/"));
                        // 自定义handler ，处理业务逻辑
                        pipeline.addLast(new NettyWebSocketServerHandler());
                    }
                });
        // 启动服务器，监听端口，阻塞直到启动成功
        serverBootstrap.bind(WEB_SOCKET_PORT).sync();
    }

}
csharp 复制代码 
package com.donglin.mallchat.common.websocket;

import cn.hutool.json.JSONUtil;
import com.abin.mallchat.common.websocket.domain.enums.WSReqTypeEnum;
import com.abin.mallchat.common.websocket.domain.vo.req.WSBaseReq;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.handler.codec.http.websocketx.TextWebSocketFrame;
import io.netty.handler.codec.http.websocketx.WebSocketServerProtocolHandler;
import io.netty.handler.timeout.IdleState;
import io.netty.handler.timeout.IdleStateEvent;

/**
 * Description:
 * Author: <a href="https://github.com/zongzibinbin">abin</a>
 * Date: 2023-08-27
 */
public class NettyWebSocketServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<TextWebSocketFrame> {

    @Override
    public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) throws Exception {
        if(evt instanceof WebSocketServerProtocolHandler.HandshakeComplete){
            System.out.println("握手完成");
        }else if(evt instanceof IdleStateEvent){
            IdleStateEvent event = (IdleStateEvent)evt;
            if(event.state()== IdleState.READER_IDLE){
                System.out.println("读空闲");
                //todo 用户下线
                ctx.channel().close();
            }
        }
    }

    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, TextWebSocketFrame msg) throws Exception {
        String text = msg.text();
        WSBaseReq wsBaseReq = JSONUtil.toBean(text, WSBaseReq.class);
        switch (WSReqTypeEnum.of(wsBaseReq.getType())) {
            case AUTHORIZE:
                break;
            case HEARTBEAT:
                break;
            case LOGIN:
                System.out.println("请求二维码");
                ctx.channel().writeAndFlush(new TextWebSocketFrame("123"));
        }
    }
}
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