实现web实时消息推送的方案总结

矫情吗；* 2023-10-11 20:19 12阅读 0赞

我们平时在使用网站、小程序、APP的时候，很多产品都会有一个功能：**消息推送**，就像下图一样  
![在这里插入图片描述][c3e091d0916b44488d27108413aae166.png_pic_center]

实现这种功能的方式很多，下面给大家简单的总结一下：  
![在这里插入图片描述][71f7ce99de134aae81d2115a6c5f521b.png_pic_center]

## 1.什么是消息推送（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**。

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。  
![在这里插入图片描述][d0ab4d19236f4d42be5c7f09ad0edc8e.png_pic_center]

上面我一直提到**拉**、**推**，其实消息推送无非是推（push）和拉（pull）两种形式，下边我们逐个了解下。

## 2.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);

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。  
![在这里插入图片描述][ca6ac0fc4aad4725a8116b5ee5f026ac.gif_pic_center]

## 3.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。

> 插个题外话，大家认为：Nacos配置中心交互模型是push还是pull？感兴趣的小伙伴可以移步至：《Nacos配置中心交互模型是push还是pull？》

### **3.1 nacos配置中心的长轮询** ###

**Nacos**长轮询的基本思路是通过**Servlet3.0**后提供的**异步处理**能力,把请求的任务添加至队列中,在有数据发生变更时,从队列中取出相应请求,然后响应请求,负责拉取数据的接口通过延时任务完成超时处理,如果等到设定的超时时间还没有数据变更时,就主动推送超时信息完成响应。  
![在这里插入图片描述][2fd638d6b9e3485eb2479619bf2a4487.png_pic_center]

![在这里插入图片描述][b6c4253ab50e444386347fb209b56c7e.png_pic_center]

那么当config配置进行更新变化的时候就需要相关的应用进行跟着相关变化，这里就有个问题了那客户端怎么知道配置变化了呢，客户端是什么时候进行更新的呢？

其实这个问题又回到我们上面所讲的内容，消息推送只是一种应用场景，像我们配置的更新变化推送也和消息推送如出一辙，所以涉及更新方式也是2种，**推和拉**；

**客户端主动从服务端定时拉取配置，如果有变化则进行替换。**

**服务端主动把变化的内容发送给客户端。**

两种方式各有利弊，比如对于推的模式来讲，就需要服务端与客户端进行长连接，那么这种就会出现服务端需要耗费大量资源维护这个链接，并且还得加入**心跳机制**来维护连接有效性。

而对于拉的模式则需要客户端定时去服务端访问，那么就会存在时间间隔，也就保证不了数据的实时性。

**那nacos采用哪种模式呢？**

nacos是采用了拉模式是一种特殊的**拉模式**，也就是我们通常说的**长轮询机制**。

如果客户端拉取发现客户端与服务端配置是一致的（其实是通过**MD5**判断的）那么服务端会先拿住这个请求不返回，直到这段时间内配置有变化了才把刚才拿住的请求返回。

他的步骤是**nacos**服务端收到请求后检查配置是否发生变化，如果没有则开启定时任务，延迟**29.5s**执行。同时把当前客户端的连接请求放入队列。

那么此时服务端并没有将结果返回给客户端，当有以下2种情况的时候才触发返回：

*  等待**29.5s**后触发自动检查
 *  在**29.5s**内有配置进行了更改

经过这2种情况才完成这次的**pull**操作。

**这种的好处就是保证了客户端的配置能及时变化更新，也减少了轮询给服务端带来的压力。**

### **3.2 apollo配置中心实现长轮询** ###

**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**。  
![在这里插入图片描述][6d54d50277c642808fb27027041380f9.png_pic_center]

**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，所以我打算采用**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。

<dependency>
                <groupId>com.google.guava</groupId>
                <artifactId>guava</artifactId>
                <version>22.0</version>
            </dependency>

package com.example.nacosconfig.controller;
    
    import com.google.common.collect.HashMultimap;
    import com.google.common.collect.Multimap;
    import com.google.common.collect.Multimaps;
    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.context.request.async.DeferredResult;
    
    import java.util.Collection;
    import java.util.Date;
    
    @RestController
    @RequestMapping("/polling")
    public class PollingController {
        
        private final Long TIME_OUT = 2000l;//单位ms
    
        // 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}")
        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;
        }
    
        /**
         * 变更数据
         */
        @GetMapping(path = "publish/{id}")
        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  
![在这里插入图片描述][63882adef1464f94b6114b905ff7b58c.png_pic_center]

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  
![在这里插入图片描述][4930f175bba14d048a9a7d3f2864c2b7.png_pic_center]

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。

## **3 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。

![在这里插入图片描述][0d652d4f1b6243dbbec58f4a3365e6ac.png_pic_center]

这种方式实现简单，前端只要一个< iframe>标签搞定了

服务端直接组装html、js脚本数据向response写入就行了

import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
    import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
    import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
    
    import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
    import java.io.IOException;
    
    @RestController
    @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 = \"" + "100" + "\";" +
                        "parent.document.getElementById('count').innerHTML = \"" + "100" + "\";" +
                        "</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。  
![在这里插入图片描述][68aa9aa71a3a4b998757be4caa833d25.gif_pic_center]

## **4 SSE（强烈推荐）** ##

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。

![在这里插入图片描述][d9b3e6d560634ef9bb39c29c7c7c807a.png_pic_center]

**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。  
![在这里插入图片描述][1e9a24b9f99e40ad82f70d3156a7426f.png_pic_center]

**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

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);
            }
        }
    }

**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。**

![在这里插入图片描述][81e05f5ee65145bdb7e580b2eb8bddd9.png_pic_center]

## **5 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。  
![在这里插入图片描述][55d02222f7724e758f54e3a0ca1838fa.png_pic_center]

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。

## **6 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。  
![在这里插入图片描述][20b11286f4df41d9b0307d29160282a3.png_pic_center]

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。

<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。

package com.example.nacosconfig.server;
    
    import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
    import org.springframework.stereotype.Component;
    
    import javax.websocket.OnMessage;
    import javax.websocket.OnOpen;
    import javax.websocket.Session;
    import javax.websocket.server.PathParam;
    import javax.websocket.server.ServerEndpoint;
    import java.util.HashMap;
    import java.util.Map;
    import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;
    
    @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>();
    
        /**
         * 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。

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  
![在这里插入图片描述][69a8ec708405439894bcbc58cc02578e.png_pic_center]

## **7 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

![在这里插入图片描述][5c7f5a7500ea4358bb12bd808e11982f.png_pic_center]

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。

[c3e091d0916b44488d27108413aae166.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/c3e091d0916b44488d27108413aae166.png#pic_center
[71f7ce99de134aae81d2115a6c5f521b.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/71f7ce99de134aae81d2115a6c5f521b.png#pic_center
[d0ab4d19236f4d42be5c7f09ad0edc8e.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/d0ab4d19236f4d42be5c7f09ad0edc8e.png#pic_center
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