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直播弹幕系统（五）- 整合Stomp替换原生WebSocket方案探究

2023-10-28

前言

本篇文章是基于 SpringBoot - WebSocket的使用和聊天室练习 来讲解的。

在设计弹幕系统（目前还是从设计聊天室开始入手，弹幕的React实现后面会开始写）这块，我还是用最原生的WebSocket来进行的。对于服务端而言。无非就是添加@ServerEndpoint注解修饰，通过@OnOpen进行监听等操作。

但是最最最重要的一点是，这种设计系统，WebSocket信息是存储于本地缓存的。而且，在分布式架构下，还需要考虑到消息的一致性。

因此本篇文章，先简单了解下Stomp以及它的聊天室替代方案实现。

一. STOMP 协议简单介绍

STOMP（Simple (or Streaming) Text Orientated Messaging Protocol），即简单文本定向消息协议。

  • 主要用途：它主要用于STOMP客户端和任意的STOMP消息代理之间进行信息交互。
  • 特点：可以建立在WebSocket之上，也可以建立在其他应用协议之上。

STOMP客户端库：ActiveMQ、RabbitMQ（后期要接入）
STOMP服务端库：stomp.js，附上下载链接 密码: l3qv

STOMP服务端方面，相当于消息队列的Producer。而客户端方面，主要有这么几个操作：

操作 内容
CONNECT 启动与服务器的流或 TCP 连接
SEND 发送消息
SUBSCRIBE 订阅主题
UNSUBSCRIBE 取消订阅
BEGIN 启动事物
COMMIT 提交事物
ABORT 回滚事物
ACK 消息的确认
NACK 告诉服务器客户端没有消费该消息
DISCONNECT 断开连接

1.1 客户端编码基础

首先，客户端方面，往往需要引入两个js作为支撑：（下载链接上文也给了）

  • stomp.min.js：STOMP客户端实现库。
  • sockjs.min.js：sockjs，是对原生Websocket的一种封装。

1.初始化STOMP客户端：

const socket = new SockJS('http://localhost:8080/ws');
const stompClient = Stomp.over(socket);

SocketJs构造里面传入WebSocket服务器地址。没错，它使用的是http协议开头，而不是ws协议开头。

2.初始化链接操作，一般有三个参数：

  1. 发送的消息头信息。
  2. 链接成功时的回调函数onConnected。
  3. 链接失败时的回调函数onError。
stompClient.connect({}, onConnected, onError);

3.订阅主题的方式，一般两个参数：

  1. 订阅的主题地址。
  2. 接收消息的回调函数onMessageReceived 
stompClient.subscribe('/topic/public', onMessageReceived);

4.发送消息的方式，一般有三个参数：

  1. 发送的地址。
  2. 发送的消息头信息。
  3. 发送的消息体信息。
stompClient.send('/chat/addUser',
  {},
  JSON.stringify({ sender: getValueByParam('userId'), type: 'JOIN' }),
);

1.2 服务端编码基础

这里我们以Spring整合STOMP的基础上来说。配置类就不说了，下文会贴代码。主要讲一下几个注解的用法。

以上文中，订阅了主题/topic/public，并发送一条消息到/chat/addUser为例。在Java代码中，我们可以像编写正常的RestFul接口一样，写个Controller：

@RestController
public class MyController {
	@Autowired
    private SimpMessagingTemplate messagingTemplate;
    
	@MessageMapping("/chat/addUser")
    @SendTo({"/topic/public"})
    public String sendMessage(@Payload Entity entity) {
        return "Hello";
    }

	@PostMapping("/chat/single")
    public void sendSingleMessage(@RequestBody Entity entity) {
        messagingTemplate.convertAndSendToUser("消息接受者userName或者ID", "/single",chatMessage);
    }
}

关注几个重点信息：

1.2.1 SimpMessagingTemplate

SimpMessagingTemplate 用于将消息发送给特定的用户。从上述Demo中我们可以看到有三个参数，发送给特定用户的路由地址就是由前两个参数来决定的。默认情况下，客户端接收一对一消息主题的路径是：

  • /user/ + "消息接受者userName或者ID" + "/single"（第二个参数）。
  • 第三个参数则是消息体。

默认前缀/user/ 可以修改，在配置类中修改

@Configuration
@EnableWebSocketMessageBroker
public class WebSocketConfig implements WebSocketMessageBrokerConfigurer {
    @Override
    public void configureMessageBroker(MessageBrokerRegistry config) {
    	// 前缀修改，默认是/user/
        config.setUserDestinationPrefix("/user/");
    }
}

备注：为何默认是/user/，因为代码里面直接定死了默认值。
在这里插入图片描述

1.2.2 @SendTo 和 @MessageMapping

我们来看下这俩注解的组合使用：

@MessageMapping("/chat/addUser")
@SendTo({"/topic/public"})

意思就是：

  1. 能够接收到路径为/chat/addUser的消息。
  2. 并将这个方法的返回值，返回给订阅了主题为/topic/public的所有订阅者。也就是一个广播的功能。

当然，也有一对一的通知，也就是@SendToUser注解。使用方法相同。

二. SpringBoot整合STOMP并实现聊天室

先来看下整体的项目架构：
在这里插入图片描述

2.1 基础配置和依赖

1.pom依赖：

<parent>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
    <version>2.3.2.RELEASE</version>
</parent>
<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-websocket</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.commons</groupId>
        <artifactId>commons-lang3</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.projectlombok</groupId>
        <artifactId>lombok</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>com.alibaba</groupId>
        <artifactId>fastjson</artifactId>
        <version>2.0.2</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
        <version>2.6.7</version>
        <exclusions>
            <exclusion>
                <artifactId>log4j-api</artifactId>
                <groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>
            </exclusion>
        </exclusions>
    </dependency>
</dependencies>

2.我们再来思考下，聊天室，一般它的信息类型有三种：

  • 某个用户进入：JOIN。
  • 用户的常规聊天：CHAT。
  • 某个用户退出：LEAVE。

因此我们定义一个枚举类MessageType：

public enum MessageType {
    /** 用户聊天 */
    CHAT,
    /** 用户进入直播间 */
    JOIN,
    /** 用户离开直播间 */
    LEAVE
}

3.定义一个常量类LiveConstants，这里只定义了一个RedisKey：

public class LiveConstants {
    public static final String LIVE_SET_HASH_KEY = "LiveSetHashKey_";
}

4.工具类JsonUtil：

import com.alibaba.fastjson.JSONObject;

/**
 * @author Zong0915
 * @date 2022/12/23 下午12:09
 */
public class JsonUtil {
    public static String toJSON(Object entity) {
        if (entity == null) {
            return "";
        }
        String res;
        try {
            res = JSONObject.toJSONString(entity);
        } catch (Exception e) {
            res = "";
        }
        return res;
    }
}

5.客户端向服务器传输的实体类ChatMessage：

import lombok.Data;

/**
 * 消息模型类
 */
@Data
public class ChatMessage {
    /** 消息类型 */
    private MessageType type;
    /** 消息正文 */
    private String content;
    /** 消息发送者 */
    private String sender;
    /** 直播间号 */
    private String roomId;
}

6.服务器向客户端传输的实体类LiveMessage：

import lombok.Data;

/**
 * @author Zong0915
 * @date 2022/12/23 上午11:58
 */
@Data
public class LiveMessage {
    private String content;
    private Long count;
    private String type;
}

7.整合STOMP的相关配置类WebSocketConfig：

import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.messaging.simp.config.MessageBrokerRegistry;
import org.springframework.web.socket.config.annotation.EnableWebSocketMessageBroker;
import org.springframework.web.socket.config.annotation.StompEndpointRegistry;
import org.springframework.web.socket.config.annotation.WebSocketMessageBrokerConfigurer;

/**
 * @author Zong0915
 * @date 2022/12/22 下午2:54
 */
@Configuration
@EnableWebSocketMessageBroker
public class WebSocketConfig implements WebSocketMessageBrokerConfigurer {
    /**
     * 注册stomp的端点
     * 注册一个STOMP协议的节点，并映射到指定的URL
     */
    @Override
    public void registerStompEndpoints(StompEndpointRegistry registry) {
        registry.addEndpoint("/ws")
                .setAllowedOrigins("*")  // 跨域处理
                .withSockJS();  // 支持socketJs
    }

    /**
     * 配置用户路由的前缀，默认是/user/
     * @param config
     */
    @Override
    public void configureMessageBroker(MessageBrokerRegistry config) {
        config.setUserDestinationPrefix("/user/");
    }
}

8.application.yml文件：

server:
  port: 8080

spring:
  redis:
    database: 0 # Redis数据库索引（默认为0）
    host: 你的服务器地址 # Redis的服务地址
    port: 6379 # Redis的服务端口
    password: 你的密码
    jedis:
      pool:
        max-active: 8 # 连接池最大连接数（使用负值表示没有限制）
        max-wait: -1 # 连接池最大阻塞等待时间（使用负值表示没有限制）
        max-idle: 8 # 连接池中的最大空闲连接
        min-idle: 0 # 连接池中的最小空闲链接
    timeout: 30000 # 连接池的超时时间（毫秒）

2.2 WebSocket监听器

主要监听两个类型的事件：

  • SessionConnectEvent：连接初始化事件。
  • SessionDisconnectEvent：连接断开事件。
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.context.event.EventListener;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.messaging.simp.SimpMessageSendingOperations;
import org.springframework.messaging.simp.stomp.StompHeaderAccessor;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.web.socket.messaging.SessionConnectEvent;
import org.springframework.web.socket.messaging.SessionDisconnectEvent;
import zong.constants.LiveConstants;
import zong.constants.MessageType;
import zong.entity.LiveMessage;
import zong.util.JsonUtil;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @author Zong0915
 * @date 2022/12/22 下午3:02
 */
@Component
@Slf4j
public class WebSocketEventListener {
    @Autowired
    private StringRedisTemplate redisTemplate;
    @Autowired
    private SimpMessageSendingOperations messagingTemplate;

    /**
     * 连接建立事件
     *
     * @param event
     */
    @EventListener
    public void handleWebSocketConnectListener(SessionConnectEvent event) {
        StompHeaderAccessor headerAccessor = StompHeaderAccessor.wrap(event.getMessage());
        String userId = headerAccessor.getFirstNativeHeader("userId");
        String roomId = headerAccessor.getFirstNativeHeader("roomId");
        String sessionId = headerAccessor.getSessionId();
        if (StringUtils.isBlank(userId) || StringUtils.isBlank(roomId) || StringUtils.isBlank(sessionId)) {
            return;
        }
        log.info("建立一个新的连接,用户ID：{}", userId);
        // 当前直播间的人数(先不计入当前的用户)
        String hashKey = LiveConstants.LIVE_SET_HASH_KEY + roomId;
        // 如果不存在这个HashKey，添加元素并设置过期时间
        if (!redisTemplate.hasKey(hashKey)) {
            // 维护userId和roomId的关系
            redisTemplate.opsForSet().add(hashKey, userId);
            // 这么做是为了让当前直播间维护的活跃人数缓存，只维护一天，避免每次新用户加入，都刷新过期时间
            redisTemplate.expire(hashKey, 1, TimeUnit.DAYS);
        } else {
            redisTemplate.opsForSet().add(hashKey, userId);
        }
        // 建立sessionId和roomId之间的关系
        redisTemplate.opsForValue().set(sessionId, roomId + "-" + userId);
        redisTemplate.expire(sessionId, 1, TimeUnit.DAYS);
        // 这里如果发送群发主题，当前这个Socket链接是接收不到的，因为还没建立完毕。
        // 因此需要前端在建立Socket的时候，手动发起一个问候信息（此时已经建立完链接）。让后端感应然后再次群发。
        // messagingTemplate.convertAndSend("/live/topic_" + roomId, JsonUtil.toJSON(liveMessage));
    }


    /**
     * 连接断开事件
     *
     * @param event
     */
    @EventListener
    public void handleWebSocketDisconnectListener(SessionDisconnectEvent event) {
        StompHeaderAccessor headerAccessor = StompHeaderAccessor.wrap(event.getMessage());
        String sessionId = headerAccessor.getSessionId();
        if (StringUtils.isBlank(sessionId)) {
            return;
        }
        String roomIdAndUserId = redisTemplate.opsForValue().get(sessionId);
        if (StringUtils.isBlank(roomIdAndUserId)) {
            return;
        }
        String[] ids = roomIdAndUserId.split("-");
        String roomId = ids[0];
        String userId = ids[1];
        // 去除Redis中对应roomId下的用户（Set）
        String hashKey = LiveConstants.LIVE_SET_HASH_KEY + roomId;
        redisTemplate.opsForSet().remove(hashKey, userId);
        Long size = redisTemplate.opsForSet().size(hashKey);
        // 删除sessionId
        redisTemplate.delete(sessionId);
        LiveMessage liveMessage = new LiveMessage();
        liveMessage.setContent("用户[" + userId + "]离开直播间");
        liveMessage.setCount(size);
        liveMessage.setType(MessageType.LEAVE.toString());
        // 向其他用户进行广播，当前用户都退出了，肯定是无需广播的，因此这里可以直接这么写
        messagingTemplate.convertAndSend("/live/topic_" + roomId, JsonUtil.toJSON(liveMessage));
    }
}

主要在连接初始化的时候做这么几个事情：

  1. 维护当前直播间有哪些用户（Redis）
  2. 维护当前会话（SessionId）和用户直播信息直接的关联（Redis）

那么在链接断开的时候，同理需要去维护这么几个信息：

  1. 需要删除Redis中的会话信息，以及将当前直播间中的当前用户剔除。
  2. 通知其他客户端，在线人数发生变更。

2.3 其他代码

业务层代码ChatService：

import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.messaging.simp.SimpMessageHeaderAccessor;
import org.springframework.messaging.simp.SimpMessagingTemplate;
import org.springframework.stereotype.Service;
import zong.constants.LiveConstants;
import zong.constants.MessageType;
import zong.entity.ChatMessage;
import zong.entity.LiveMessage;
import zong.util.JsonUtil;

/**
 * @author Zong0915
 * @date 2022/12/22 下午5:15
 */
@Service
public class ChatService {
    @Autowired
    private SimpMessagingTemplate messagingTemplate;
    @Autowired
    private StringRedisTemplate redisTemplate;

    public void messageProcess(ChatMessage chatMessage) {
        if (chatMessage == null) {
            return;
        }
        // 当前直播间的人数(先不计入当前的用户)
        String hashKey = LiveConstants.LIVE_SET_HASH_KEY + chatMessage.getRoomId();
        if (chatMessage.getType() == MessageType.JOIN) {
            // 更新在线人数和提示
            Long size = redisTemplate.opsForSet().size(hashKey);
            LiveMessage liveMessage = new LiveMessage();
            liveMessage.setContent("欢迎用户[" + chatMessage.getSender() + "]加入直播间");
            liveMessage.setCount(size);
            liveMessage.setType(MessageType.JOIN.toString());
            messagingTemplate.convertAndSend("/live/topic_" + chatMessage.getRoomId(), JsonUtil.toJSON(liveMessage));
            return;
        }
        // 如果是普通的聊天，即CHAT类型、稍微封装下消息广播即可。LEAVE用户离开的类型在监听器里面完成了
        LiveMessage liveMessage = new LiveMessage();
        liveMessage.setContent("用户 [" + chatMessage.getSender() + "] 说：" + chatMessage.getContent());
        liveMessage.setType(MessageType.CHAT.toString());
        // 当前直播间人数
        messagingTemplate.convertAndSend("/live/topic_" + chatMessage.getRoomId(), JsonUtil.toJSON(liveMessage));
    }
}

Controller层代码ChatController：

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.messaging.handler.annotation.MessageMapping;
import org.springframework.messaging.handler.annotation.Payload;
import org.springframework.messaging.simp.SimpMessageHeaderAccessor;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import zong.entity.ChatMessage;
import zong.service.ChatService;

/**
 * @author Zong0915
 * @date 2022/12/22 下午3:01
 */
@RestController
public class ChatController {
    @Autowired
    private ChatService chatService;

    /**
     * 客户端发送消息入口，群发消息
     */
    @MessageMapping("/live/sendMessage")
    public void sendMessage(@Payload ChatMessage chatMessage, SimpMessageHeaderAccessor headerAccessor) {
        chatService.messageProcess(chatMessage);
    }
}

2.4 前端代码

前端代码可以看我的这篇文章 UmiJs整合Egg，里面附带完整的代码链接。

主要有这么几个更改点：

2.4.1 EJS模板修改

EJS模板修改，引入socket和stomp的js文件。这里可以使用我上文给出的链接，也可以使用CDN（我这里用的就是）。

修改的部分内容截图如下：
在这里插入图片描述
值得注意的是：

  1. 引入的外部文件要最好优先于umi.js文件的加载。因为默认是从上往下进行顺序加载的。
  2. 我们将前端页面需要用到的几个对象SockJS和Stomp挂载到window上，这样前端就可以引用了。（或许也有其他的方法）

文件所在位置：
在这里插入图片描述

完整代码：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
    <title>Test</title>

    <% if (envName == "dev") { %>
        <%- helper.assets.getStyle('umi.css') %>
            <% } else { %>
                <link rel="stylesheet" type="text/css" href='/<%- contextPath %>/public/umi.css?v=<%- fileVersion %>' />
                <% } %>
</head>

<body>
    <div id='root' class='subRootContent'>
    </div>
    <script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/sockjs-client/1.1.4/sockjs.min.js"></script>
    <script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/stomp.js/2.3.3/stomp.min.js"></script>
    <% if (envName == 'dev') { %>
        <%- (helper.assets.getScript('umi.js')) %>
            <% } else { %>
                <script src='/<%- contextPath %>/public/umi.js?v=<%- fileVersion %>'></script>
                <% } %>
    <script>
        window.resourceBaseUrl = '<%= helper.assets.resourceBase %>';
        <% if (envName != "dev") { %>
        window.staticUrl = '/<%- contextPath %>/public'
        window.resourceBaseUrl = '/<%- contextPath %><%= helper.assets.resourceBase %>';
        <% } %>
        window.publicPath = resourceBaseUrl;
        window.SockJS=SockJS;
        window.Stomp=Stomp;
    </script>
</body>

</html>

2.4.2 前端页面修改

先给个工具函数，用于获取URL上的参数

export function getValueByParam(param: string): any {
  const url = window.location.href;
  const queryParams = url.split('?');
  if (queryParams?.length < 2) {
    return '';
  }
  const queryList = queryParams[1].split('&');
  for (const key of queryList) {
    if (key.split('=')[0] === param) {
      return key.split('=')[1];
    }
  }
  return '';
}

主要修改index.tsx文件，完整内容如下：

import React, { useEffect, useState } from 'react';
import { Button, Row, Col, Input } from 'antd';
import { getValueByParam } from '../utils/pageHelper';
const SockJS = window.SockJS;
const Stomp = window.Stomp;
const socket = new SockJS('http://localhost:8080/ws');
const stompClient = Stomp.over(socket);
const roomId = getValueByParam('roomId');
const userId = getValueByParam('userId');

const UserPage = () => {
  const [ message, setMessage ] = useState<string>('');
  const [ bulletList, setBulletList ] = useState<any>([]);
  const [ onlineCount, setOnlineCount ] = useState<number>(0);

  useEffect(() => {
    const onMessageReceived = (msg:any) => {
      const entity = JSON.parse(msg.body);
      const arr :any = [ entity.content ];
      setBulletList((pre: any[]) => [].concat(...pre, ...arr));
      if (entity.type === 'JOIN' || entity.type === 'LEAVE') {
        setOnlineCount(entity.count ?? 0);
      }
    };

    const onConnected = () => {
      // 订阅群发主题
      stompClient.subscribe(`/live/topic_${roomId}`, onMessageReceived);

      const chatMessage = {
        sender: userId,
        type: 'JOIN',
        roomId,
      };

      stompClient.send('/live/sendMessage',
        {},
        JSON.stringify(chatMessage),
      );
    };

    const onError = (error:any) => {
      console.log(error);
    };
	// 请求头
	const header = { userId, roomId };
    stompClient.connect(header, onConnected, onError);
  }, []);

  const sendMsg = () => {
    const chatMessage = {
      sender: userId,
      content: message,
      type: 'CHAT',
      roomId,
    };

    stompClient.send('/live/sendMessage',
      {},
      JSON.stringify(chatMessage),
    );
  };

  return <>
    <Row style={{ width: 2000, marginTop: 200 }}>
      <Col offset={6}>
        <Input onChange={event => setMessage(event.target.value)} />
      </Col>
      <Col>
        <Button
          onClick={sendMsg}
          type='primary'
        >发送弹幕</Button>
      </Col>
      <Col style={{ marginLeft: 100 }}>
        {'在线人数: ' + onlineCount}
      </Col>
      <Col style={{ marginLeft: 10 }}>
        <div style={{ border: '1px solid', width: 500, height: 500 }}>
          {bulletList.map((item: string, index: number) => {
            return <Row key={index}>
              {item}
            </Row>;
          })}
        </div>
      </Col>
    </Row>
  </>;
};

export default UserPage;

2.5 最终效果

这里偷个懒，动图演示就不做了。首先访问页面1：http://localhost:4396/zong/?userId=LJJ&roomId=1
在这里插入图片描述
打开另外一个窗口：http://localhost:4396/zong/?userId=Zong&roomId=1，页面1出现提示，并且实时更新了在线人数。
在这里插入图片描述

倘若页面1当中发送文字：
在这里插入图片描述
页面2中提示：
在这里插入图片描述
关闭页面2，页面1提示：
在这里插入图片描述

到这里SpringBoot整合STOMP，并且替代原有的WebSocket完成在线聊天室的功能就完成了。

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