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title: Web 实时消息推送详解
category: 系统设计
head:
- - meta
- name: keywords
content: 消息推送,短轮询,长轮询,SSE,Websocket,MQTT
- - meta
- name: description
content: 消息推送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。
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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。
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。
## 什么是消息推送？
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。
移动端消息推送示例 ：
Web 端消息推送示例：
在具体实现之前， ， ， （ ） ， `+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。
消息推送无非是推（ ） （ ） ，
## 消息推送常见方案
### 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。
```typescript
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。
### 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？ ](https://mp.weixin.qq.com/s/94ftESkDoZI9gAGflLiGwg )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。
长轮询其实原理跟轮询差不多，都是采用轮询的方式。不过，如果服务端的数据没有发生变更，会 一直 hold 住请求，直到服务端的数据发生变化，或者等待一定时间超时才会返回。返回后，客户端又会立即再次发起下一次长轮询。
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。
`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。
```java
@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，
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，
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。
```kotlin
@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。
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`<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。
这种方式实现简单，前端只要一个`<iframe>` 标签搞定了
```html
< iframe src = "/iframe/message" style = "display:none" > < / iframe >
```
服务端直接组装 HTML、JS 脚本数据向 response 写入就行了
```java
@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 > ");
}
}
}
```
iframe 流的服务器开销很大，
iframe 流非常不友好，强烈不推荐。
### 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。这是一种服务器端到客户端(浏览器)的单向消息推送。
SSE 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。
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。
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， ；
- SSE 单向通信， ；
- SSE 实现简单开发成本低， ；
- SSE 默认支持断线重连；
- SSE 只能传送文本消息， ；
**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 WebSocket， ，
但是， ， ： ， ，
前端只需进行一次 HTTP 请求，带上唯一 ID， ，
```javascript
< script >
let source = null;
let userId = 7777
if (window.EventSource) {
// 建立连接
source = new EventSource('http://localhost:7777/sse/sub/'+userId);
setMessageInnerHTML("连接用户=" + userId);
/**
* 连接一旦建立，
* 另一种写法：
*/
source.addEventListener('open', function (e) {
setMessageInnerHTML("建立连接。。。");
}, false);
/**
* 客户端收到服务器发来的数据
* 另一种写法：
*/
source.addEventListener('message', function (e) {
setMessageInnerHTML(e.data);
});
} else {
setMessageInnerHTML("你的浏览器不支持SSE");
}
< / script >
```
服务端的实现更简单，创建一个`SseEmitter` 对象放入`sseEmitterMap` 进行管理
```java
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，
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， ：
}
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);
}
}
}
```
**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。
### 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。
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。
SpringBoot 整合 Websocket，
```xml
<!-- 引入websocket -->
< 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。
```java
@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。
```javascript
< script >
var ws = new WebSocket('ws://localhost:7777/webSocket/10086');
// 获取连接状态
console.log('ws连接状态：
//监听是否连接成功
ws.onopen = function () {
console.log('ws连接状态：
//连接成功则发送一个数据
ws.send('test1');
}
// 接听服务器发回的信息并处理展示
ws.onmessage = function (data) {
console.log('接收到来自服务器的消息：');
console.log(data);
//完成通信后关闭WebSocket连接
ws.close();
}
// 监听连接关闭事件
ws.onclose = function () {
// 监听整个过程中websocket的状态
console.log('ws连接状态：
}
// 监听并处理error事件
ws.onerror = function (error) {
console.log(error);
}
function sendMessage() {
var content = $("#message ").val();
$.ajax({
url: '/socket/publish?userId=10086& message=' + content,
type: 'GET',
data: { "id": "7777", "content": content },
success: function (data) {
console.log(data)
}
})
}
< / script >
```
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。
### MQTT
**什么是 MQTT 协议？**
MQTT (Message Queue Telemetry Transport)是一种基于发布/订阅（ ） ， ， （ ）
该协议将消息的发布者（ ） （ ） ， ， ，
TCP 协议位于传输层， ，
**为什么要用 MQTT 协议？**
MQTT 协议为什么在物联网（ ） ？ ，
- 首先 HTTP 协议它是一种同步协议， （ ） ， ， ，
- HTTP 是单向的， ， （ ） ， ，
- 通常需要将一条命令或者消息，
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 ](https://mp.weixin.qq.com/s/udFE6k9pPetIWsa6KeErrA )
- 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~ ](https://mp.weixin.qq.com/s/U-fUGr9i1MVa4PoVyiDFCg )
## 总结
> 以下内容为 JavaGuide 补充
| | 介绍 | 优点 | 缺点 |
| --------- | ------------------------------------------------------------ | ---------------------- | ---------------------------------------------------- |
| 短轮询 | 客户端定时向服务端发送请求，服务端直接返回响应数据（即使没有数据更新） | 简单、易理解、易实现 | 实时性太差，无效请求太多，频繁建立连接太耗费资源 |
| 长轮询 | 与短轮询不同是，长轮询接收到客户端请求之后等到有数据更新才返回请求 | 减少了无效请求 | 挂起请求会导致资源浪费 |
| iframe 流 | 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。 | 简单、易理解、易实现 | 维护一个长连接会增加开销，效果太差（图标会不停旋转） |
| SSE | 一种服务器端到客户端(浏览器)的单向消息推送。 | 简单、易实现，功能丰富 | 不支持双向通信 |
| WebSocket | 除了最初建立连接时用 HTTP 协议，其他时候都是直接基于 TCP 协议进行通信的，可以实现客户端和服务端的全双工通信。 | 性能高、开销小 | 对开发人员要求更高，实现相对复杂一些 |
| MQTT | 基于发布/订阅（ ） ，
