实现web实时消息推送的7种方案

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（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

。

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。

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。

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。

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。

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。

@[email protected]("/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());

/**
 * 公众号：程序员小富
 * 设置监听
 */
@GetMapping(path = &quot;watch/{id}&quot;)
@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;
}

/**
 * 公众号：程序员小富
 * 变更数据
 */
@GetMapping(path = &quot;publish/{id}&quot;)
@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(&quot;我更新了&quot; + new Date());
 }
 }
 return &quot;success&quot;;
}

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。

@ControllerAdvicepublic 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

<iframe src=&quot;/iframe/message&quot; style=&quot;display:none&quot;></iframe>

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(&quot; <script type=\&quot;text/javascript\&quot;>\n&quot; +
 &quot;parent.document.getElementById('clock').innerHTML = \&quot;&quot; + count.get() + &quot;\&quot;;&quot; +
 &quot;parent.document.getElementById('count').innerHTML = \&quot;&quot; + count.get() + &quot;\&quot;;&quot; +
 &quot;</script>&quot;);
 }
 }
}

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。

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。

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，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

<script>
 let source = null;
 let userId = 7777
 if (window.EventSource) {
 // 建立连接
 source = new EventSource('http://localhost:7777/sse/sub/'+userId);
 setMessageInnerHTML(&quot;连接用户=&quot; + userId);
 /**
 * 连接一旦建立，就会触发open事件
 * 另一种写法：source.onopen = function (event) {}
 */
 source.addEventListener('open', function (e) {
 setMessageInnerHTML(&quot;建立连接。。。&quot;);
 }, false);
 /**
 * 客户端收到服务器发来的数据
 * 另一种写法：source.onmessage = function (event) {}
 */
 source.addEventListener('message', function (e) {
 setMessageInnerHTML(e.data);
 });
 } else {
 setMessageInnerHTML(&quot;你的浏览器不支持SSE&quot;);
 }
</script>


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(&quot;创建新的sse连接异常，当前用户：{}&quot;, 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(&quot;用户[{}]推送异常:{}&quot;, 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。

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。

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。

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

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。

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。

<!-- 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。

@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>();
 /**
 * 公众号：程序员小富
 * 链接成功调用的方法
 */
 @OnOpen
 public void onOpen(Session session, @PathParam(value = &quot;userId&quot;) String userId) {
 try {
 this.session = session;
 webSockets.add(this);
 sessionPool.put(userId, session);
 log.info(&quot;websocket消息: 有新的连接，总数为:&quot; + webSockets.size());
 } catch (Exception e) {
 }
 }
 /**
 * 公众号：程序员小富
 * 收到客户端消息后调用的方法
 */
 @OnMessage
 public void onMessage(String message) {
 log.info(&quot;websocket消息: 收到客户端消息:&quot; + message);
 }
 /**
 * 公众号：程序员小富
 * 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(&quot;websocket消: 单点消息:&quot; + 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。

<script>
 var ws = new WebSocket('ws://localhost:7777/webSocket/10086');
 // 获取连接状态
 console.log('ws连接状态：' + ws.readyState);
 //监听是否连接成功
 ws.onopen = function () {
 console.log('ws连接状态：' + ws.readyState);
 //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：' + ws.readyState);
 }
 // 监听并处理error事件
 ws.onerror = function (error) {
 console.log(error);
 }
 function sendMessage() {
 var content = $(&quot;#message&quot;).val();
 $.ajax({
 url: '/socket/publish?userId=10086&message=' + content,
 type: 'GET',
 data: { &quot;id&quot;: &quot;7777&quot;, &quot;content&quot;: 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

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。

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。