我有七种实现web实时消息推送的方案

柔情只为你懂 2023-10-15 15:44 43阅读 0赞

我有一个朋友～

做了一个小破站，现在要实现一个站内信web消息推送的功能，对，就是下图这个小红点，一个很常用的功能。

![图片][5a6a6731ad48172d4a87c0e0c907c913.png]

不过他还没想好用什么方式做，这里我帮他整理了一下几种方案，并简单做了实现。

![图片][1bccd3fb76a96e0739ad3199e9a832d5.png]

#### 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`。

![图片][a30b4ca6db0d9b03fbd66eaaf45e6723.png]

上边的这种属于移动端消息推送，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。

![图片][2aa2fe5c82a18ab2604c5cd018e8884c.png]

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。

![图片][2660640f637603c28be4a3e8efc772fb.png]

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。

#### 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);

效果还是可以的，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。

![图片][2d6c00a1ecb93f8ae7fc4a38c31795c4.gif]

#### 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。

[Nacos配置中心交互模型是push还是pull？][Nacos_push_pull]一文中我详细介绍过`Nacos`长轮询的实现原理，感兴趣的小伙伴可以瞅瞅。

这次我使用`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。

![图片][77ae71ca6d82d701f8954bf87690cd9b.png]

`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，所以我采用了`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。

@Controller
    @RequestMapping("/polling")
    public class PollingController {
        
    
        // 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}")
        @ResponseBody
        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}")
        @ResponseBody
        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，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，前端处理业务逻辑完成后再次发起请求，如此循环往复。

![图片][f2fa79b979250a130968377aae2fc1ce.gif]

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。

#### iframe流 ####

iframe流就是在页面中插入一个隐藏的\`\`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。

![图片][ad624f4c6cbcdbbfa165675f8186688d.png]

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

@Controller
    @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 = \"" + count.get() + "\";" +
                        "parent.document.getElementById('count').innerHTML = \"" + count.get() + "\";" +
                        "</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。

![图片][a2d9bb9bbef98381f93e92040f95600d.gif]

#### SSE (我的方式) ####

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。

![图片][794be7e8d3aa9888c036fa76f383a081.png]

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。

![图片][1727d5601c15c168aca3244bc8f5abcb.png]

`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
     */
    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
     */
    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);
            }
        }
    }

我们模拟服务端推送消息，看下客户端收到了消息，和我们预期的效果一致。![图片][7ef0c095ce1d89398b33dae622a47c1a.gif]

**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。![图片][0839f47aaa3c4b459c0438d75406a9a7.png]

#### 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。

![图片][319d2bb249eed6edc12c31297186cc07.png]

`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。

具体的MQTT协议介绍和实践，这里我就不再赘述了，大家可以参考我之前的两篇文章，里边写的也都很详细了。

MQTT协议的介绍

[我也没想到 springboot + rabbitmq 做智能家居，会这么简单][springboot _ rabbitmq]

MQTT实现消息推送

[未读消息（小红点），前端 与 RabbitMQ 实时消息推送实践，贼简单~][_ RabbitMQ]

#### 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。

![图片][afcf37e245009e1ddf4c7d244543e8d3.png]图片源于网络

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。

@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

![图片][1c0ae41f6c9f012cc5da8bab29185b8a.png]

![图片][67bfce8f527296d65b183ba0d26fb9de.gif]

#### 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，像我们本次实现的web站内信只是平台上的一个触点而已，短信、邮件、微信公众号、小程序凡是可以触达到用户的渠道都可以接入进来。

![图片][62e027bb8408c9148edcabe48252ff69.png]

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。

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[a2d9bb9bbef98381f93e92040f95600d.gif]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/a2d9bb9bbef98381f93e92040f95600d.gif
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[1727d5601c15c168aca3244bc8f5abcb.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/1727d5601c15c168aca3244bc8f5abcb.png
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[0839f47aaa3c4b459c0438d75406a9a7.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/0839f47aaa3c4b459c0438d75406a9a7.png
[319d2bb249eed6edc12c31297186cc07.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/319d2bb249eed6edc12c31297186cc07.png
[springboot _ rabbitmq]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAxNTM4NzAyNg==&mid=2247486353&idx=1&sn=02371acc8048cb15f29285f0505c4958&scene=21#wechat_redirect
[_ RabbitMQ]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAxNTM4NzAyNg==&mid=2247487818&idx=1&sn=19393de4304e1ddd3179d0e45ec16cd7&scene=21#wechat_redirect
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