SpringAOP+RabbitMQ+WebSocket实战

背景

最近公司的客户要求,分配给员工的任务除了有微信通知外,还希望PC端的网页也能实时收到通知。管理员分配任务是在我们的系统A,而员工接受任务是在系统B。两个系统都是现在已投入使用的系统。

技术选型

       根据需求我们最终选用SpringAOP+RabbitMQ+WebSocket。

       SpringAOP可以让我们不修改原有代码,直接将原有service作为切点,加入切面。RabbitMQ可以让A系统和B系统解耦。WebSocket则可以达到实时通知的要求。

SpringAOP

AOP称为面向切面编程,在程序开发中主要用来解决一些系统层面上的问题,比如日志,事务,权限等待。是Spring的核心模块,底层是通过动态代理来实现(动态代理将在之后的文章重点介绍)。

基本概念

Aspect(切面):通常是一个类,里面可以定义切入点和通知。

JointPoint(连接点):程序执行过程中明确的点,一般是方法的调用。

Advice(通知):AOP在特定的切入点上执行的增强处理,有before,after,afterReturning,afterThrowing,around。

Pointcut(切入点):就是带有通知的连接点,在程序中主要体现为书写切入点表达式。

通知类型

Before:在目标方法被调用之前做增强处理。

@Before只需要指定切入点表达式即可

AfterReturning:在目标方法正常完成后做增强。

@AfterReturning除了指定切入点表达式后,还可以指定一个返回值形参名returning,代表目标方法的返回值

AfterThrowing:主要用来处理程序中未处理的异常。

@AfterThrowing除了指定切入点表达式后,还可以指定一个throwing的返回值形参名,可以通过该形参名

来访问目标方法中所抛出的异常对象

After:在目标方法完成之后做增强,无论目标方法时候成功完成。

@After可以指定一个切入点表达式

Around:环绕通知,在目标方法完成前后做增强处理,环绕通知是最重要的通知类型,像事务,日志等都是环绕通知,注意编程中核心是一个ProceedingJoinPoint。

 

RabbitMQ

(图摘自:https://www.cnblogs.com/dwlsxj/p/RabbitMQ.html

从图中我们可以看到RabbitMQ主要的结构有:Routing、Binding、Exchange、Queue。

Queue

Queue(队列)RabbitMQ的作用是存储消息,队列的特性是先进先出。

Exchange

生产者产生的消息并不是直接发送给消息队列Queue的,而是要经过Exchange(交换器),由Exchange再将消息路由到一个或多个Queue,还会将不符合路由规则的消息丢弃。

Routing

       用于标记或生产者寻找Exchange。

Binding

       用于Exchange和Queue做关联。

Exchange Type

fanout

fanout类型的Exchange路由规则非常简单,它会把所有发送到该Exchange的消息路由到所有与它绑定的Queue中。

direct

direct会把消息路由到那些binding key与routing key完全匹配的Queue中。

topic

direct规则是严格意义上的匹配,换言之Routing Key必须与Binding Key相匹配的时候才将消息传送给Queue,那么topic这个规则就是模糊匹配,可以通过通配符满足一部分规则就可以传送。

headers

headers类型的Exchange不依赖于routing key与binding key的匹配规则来路由消息,而是根据发送的消息内容中的headers属性进行匹配。

 

WebSocket

了解websocket必须先知道几个常用的web通信技术及其区别。

短轮询

  短轮询的基本思路就是浏览器每隔一段时间向浏览器发送http请求,服务器端在收到请求后,不论是否有数据更新,都直接进行响应。这种方式实现的即时通信,本质上还是浏览器发送请求,服务器接受请求的一个过程,通过让客户端不断的进行请求,使得客户端能够模拟实时地收到服务器端的数据的变化。

  这种方式的优点是比较简单,易于理解,实现起来也没有什么技术难点。缺点是显而易见的,这种方式由于需要不断的建立http连接,严重浪费了服务器端和客户端的资源。尤其是在客户端,距离来说,如果有数量级想对比较大的人同时位于基于短轮询的应用中,那么每一个用户的客户端都会疯狂的向服务器端发送http请求,而且不会间断。人数越多,服务器端压力越大,这是很不合理的。

  因此短轮询不适用于那些同时在线用户数量比较大,并且很注重性能的Web应用。

长轮询/comet

  comet指的是,当服务器收到客户端发来的请求后,不会直接进行响应,而是先将这个请求挂起,然后判断服务器端数据是否有更新。如果有更新,则进行响应,如果一直没有数据,则到达一定的时间限制(服务器端设置)后关闭连接。

  长轮询和短轮询比起来,明显减少了很多不必要的http请求次数,相比之下节约了资源。长轮询的缺点在于,连接挂起也会导致资源的浪费。

SSE

  SSE是HTML5新增的功能,全称为Server-Sent Events。它可以允许服务推送数据到客户端。SSE在本质上就与之前的长轮询、短轮询不同,虽然都是基于http协议的,但是轮询需要客户端先发送请求。而SSE最大的特点就是不需要客户端发送请求,可以实现只要服务器端数据有更新,就可以马上发送到客户端。

  SSE的优势很明显,它不需要建立或保持大量的客户端发往服务器端的请求,节约了很多资源,提升应用性能。并且SSE的实现非常简单,不需要依赖其他插件。

WebSocket

  WebSocket是Html5定义的一个新协议,与传统的http协议不同,该协议可以实现服务器与客户端之间全双工通信。简单来说,首先需要在客户端和服务器端建立起一个连接,这部分需要http。连接一旦建立,客户端和服务器端就处于平等的地位,可以相互发送数据,不存在请求和响应的区别。

  WebSocket的优点是实现了双向通信,缺点是服务器端的逻辑非常复杂。现在针对不同的后台语言有不同的插件可以使用。

四种Web即时通信技术比较

  从兼容性角度考虑,短轮询>长轮询>长连接SSE>WebSocket;

  从性能方面考虑,WebSocket>长连接SSE>长轮询>短轮询。

实战

项目使用SpringBoot搭建。RabbitMQ的安装这里不讲述。

RabbitMQ配置

两个系统A、B都需要操作RabbitMQ,其中A生产消息,B消费消息。故都需要配置。

1、首先引入RabbitMQ的dependency:

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-amqp</artifactId>
</dependency>

这个dependency中包含了RabbitMQ相关dependency。

2、在项目的配置文件里配置为使用rabbitmq及其参数。

application-pro.yml

#消息队列
message.queue.type: rabbitmq
## rabbit mq properties
rabbitmq:
  host: localhost
  port: 5672
  username: guest
  password: guest

application.properties

#将要使用的队列名
rabbitmq.websocket.msg.queue=websocket_msg_queue

3、创建配置文件。队列的创建交给spring。

RabbitMQConfig.java

@Configuration
@EnableRabbit
public class RabbitMQConfig {

    @Value("${rabbitmq.host}")
    private String host;
    @Value("${rabbitmq.port}")
    private String port;
    @Value("${rabbitmq.username}")
    private String username;
    @Value("${rabbitmq.password}")
    private String password;
    @Value("${rabbitmq.websocket.msg.queue}")
    private String webSocketMsgQueue;

    @Bean
    public ConnectionFactory connectionFactory() throws IOException {
        CachingConnectionFactory factory = new CachingConnectionFactory();
        factory.setUsername(username);
        factory.setPassword(password);
//        factory.setVirtualHost("test");
        factory.setHost(host);
        factory.setPort(Integer.valueOf(port));
        factory.setPublisherConfirms(true);

        //设置队列参数,是否持久化、队列TTL、队列消息TTL等
        factory.createConnection().createChannel(false).queueDeclare(webSocketMsgQueue, true, false, false, null);
        return factory;
    }

    @Bean
    public MessageConverter messageConverter() {
        return new Jackson2JsonMessageConverter();
    }

    @Bean
    @Scope(ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE)
    // 必须是prototype类型
    public RabbitTemplate rabbitTemplate() throws IOException {
        return new RabbitTemplate(connectionFactory());
    }

    @Bean
    public SimpleRabbitListenerContainerFactory rabbitListenerContainerFactory() throws IOException {
        SimpleRabbitListenerContainerFactory factory = new SimpleRabbitListenerContainerFactory();
        factory.setConnectionFactory(connectionFactory());
        factory.setConcurrentConsumers(3);
        factory.setMaxConcurrentConsumers(10);
        factory.setAcknowledgeMode(AcknowledgeMode.MANUAL);
        return factory;
    }
}

 

4、系统B中创建队列监听,当队列有消息时,发送websocket通知。

RabbitMQListener.java

@Component
public class RabbitMQListener {

    @Autowired
    private RabbitMQService mqService;

    /**
     * WebSocket推送监听器
     * @param socketEntity
     * @param deliveryTag
     * @param channel
     */
    @RabbitListener(queues = "websocket_msg_queue")
    public void webSocketMsgListener(@Payload WebSocketMsgEntity socketMsgEntity, @Header(AmqpHeaders.DELIVERY_TAG) long deliveryTag, Channel channel) throws IOException {
        mqService.handleWebSocketMsg(socketMsgEntity, deliveryTag, channel);
    }

}

RabbitMQService.java

public class RabbitMQService {
    @Autowired
    private MessageWebSocketHandler messageWebSocketHandler;

    /**
     * @param socketMsgEntity
     * @param deliveryTag
     * @param channel
     * @throws IOException
     */
    void handleWebSocketMsg(WebSocketMsgEntity socketMsgEntity, long deliveryTag, Channel channel) throws IOException {
        try {
            messageWebSocketHandler.sendMessageToUsers(socketMsgEntity.toJsonString(), socketMsgEntity.getToUserIds());
            channel.basicAck(deliveryTag, false);
        } catch (Exception e) {
            channel.basicNack(deliveryTag, false, false);
        }
    }
}

WebSocketMsgEntity为MQ中传送的实体。

public class WebSocketMsgEntity implements Serializable {
    public enum OrderType{
        repair("维修"),
        maintain("保养"),
        measure("计量");

        OrderType(String value){
            this.value = value;
        }
        String value;

        public String getValue() {
            return value;
        }
    }
    //设备名称
    private String EquName;
    //设备编号
    private String EquId;
    //工单类型
    private OrderType orderType;
    //工单单号
    private String orderId;
    //工单状态
    private String orderStatus;
    //创建时间
    private Date createTime;
    //消息接收人ID
    private List<String> toUserIds;

    public String getEquName() {
        return EquName;
    }

    public void setEquName(String equName) {
        EquName = equName;
    }

    public String getOrderId() {
        return orderId;
    }

    public void setOrderId(String orderId) {
        this.orderId = orderId;
    }

    public String getEquId() {
        return EquId;
    }

    public void setEquId(String equId) {
        EquId = equId;
    }

    public String getOrderStatus() {
        return orderStatus;
    }

    public void setOrderStatus(String orderStatus) {
        this.orderStatus = orderStatus;
    }


    public OrderType getOrderType() {
        return orderType;
    }

    public void setOrderType(OrderType orderType) {
        this.orderType = orderType;
    }

    public Date getCreateTime() {
        return createTime;
    }

    public void setCreateTime(Date createTime) {
        this.createTime = createTime;
    }

    public List<String> getToUserIds() {
        return toUserIds;
    }

    public void setToUserIds(List<String> toUserIds) {
        this.toUserIds = toUserIds;
    }

    public String toJsonString(){
        return JSON.toJSONString(this);
    }
}

SpringAOP

1、系统A中创建一个切面类DataInterceptor.java

@Aspect
@Component
public class DataInterceptor {
    @Autowired
    private MessageQueueService queueService;


    //维修工单切点
    @Pointcut("execution(* com.zhishang.hes.common.service.impl.RepairServiceImpl.executeFlow(..))")
    private void repairMsg() {
    }

    /**
     * 返回通知,方法执行正常返回时触发
     *
     * @param joinPoint
     * @param result
     */
    @AfterReturning(value = "repairMsg()", returning = "result")
    public void afterReturning(JoinPoint joinPoint, Object result) {
        //此处可以获得切点方法名
        //String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
        EquipmentRepair equipmentRepair = (EquipmentRepair) result;
        WebSocketMsgEntity webSocketMsgEntity = this.generateRepairMsgEntity(equipmentRepair);
        if (webSocketMsgEntity == null) {
            return;
        }
        queueService.send(webSocketMsgEntity);
    }

    /**
     * 生成发送到MQ的维修消息
     *
     * @param equipmentRepair
     * @return
     */
    private WebSocketMsgEntity generateRepairMsgEntity(EquipmentRepair equipmentRepair) {
        WebSocketMsgEntity webSocketMsgEntity = generateRepairMsgFromTasks(equipmentRepair);
        return webSocketMsgEntity;
    }

    /**
     * 从任务中生成消息
     *
     * @param equipmentRepair
     * @return
     */
    private WebSocketMsgEntity generateRepairMsgFromTasks(EquipmentRepair equipmentRepair) {
       //业务代码略
    }

}

2、发送消息到MQ。这里只贴了发送的核心代码

public class RabbitMessageQueue extends AbstractMessageQueue {

    @Value("${rabbitmq.websocket.msg.queue}")
    private String webSocketMsgQueue;

    @Autowired
    private RabbitTemplate rabbitTemplate;

    @Override
    public void send(WebSocketMsgEntity entity) {
        //没有指定exchange,则使用默认名为“”的exchange,binding名与queue名相同
        rabbitTemplate.convertAndSend(webSocketMsgQueue, entity);
    }
}

WebSocket

1、 系统B中引入websocket服务端dependency

<dependency>
    <groupId>org.springframework</groupId>
    <artifactId>spring-websocket</artifactId>
    <version>4.3.10.RELEASE</version>
</dependency>

2、 配置websocket,添加处理类

WebSocketConfigurer.java

@Configuration
@EnableWebSocket
public class WebSocketConfig extends WebMvcConfigurerAdapter implements WebSocketConfigurer {

    private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(WebSocketConfig.class);

    @Override
    public void registerWebSocketHandlers(WebSocketHandlerRegistry registry) {
        //配置webSocket路径
        registry.addHandler(messageWebSocketHandler(),"/msg-websocket").addInterceptors(new MyHandshakeInterceptor()).setAllowedOrigins("*");
        //配置webSocket路径 支持前端使用socketJs
        registry.addHandler(messageWebSocketHandler(), "/sockjs/msg-websocket").setAllowedOrigins("*").addInterceptors(new MyHandshakeInterceptor()).withSockJS();
    }

    @Bean
    public MessageWebSocketHandler messageWebSocketHandler() {
        logger.info("......创建MessageWebSocketHandler......");
        return new MessageWebSocketHandler();
    }

}

MessageWebSocketHandler.java 主要用于websocket连接及消息发送处理。配置中还使用了连接握手时的处理,主要是取用户登陆信息,这里不多讲述。

public class MessageWebSocketHandler extends TextWebSocketHandler {
    private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(SystemWebSocketHandler.class);
    private static ConcurrentHashMap<String, CopyOnWriteArraySet<WebSocketSession>> users = new ConcurrentHashMap<>();

    @Override
    public void afterConnectionEstablished(WebSocketSession session) throws Exception {
        String userId = session.getAttributes().get("WEBSOCKET_USERID").toString();
        logger.info("......AfterConnectionEstablished......");
        logger.info("session.getId:" + session.getId());
        logger.info("session.getLocalAddress:" + session.getLocalAddress().toString());
        logger.info("userId:" + userId);
        //websocket连接后记录连接信息
        if (users.keySet().contains(userId)) {
            CopyOnWriteArraySet<WebSocketSession> webSocketSessions = users.get(userId);
            webSocketSessions.add(session);
        } else {
            CopyOnWriteArraySet<WebSocketSession> webSocketSessions = new CopyOnWriteArraySet<>();
            webSocketSessions.add(session);
            users.put(userId, webSocketSessions);
        }
    }

    @Override
    public void handleTransportError(WebSocketSession session, Throwable throwable) throws Exception {
        removeUserSession(session);
        if (session.isOpen()) {
            session.close();
        }
        logger.info("异常出现handleTransportError" + throwable.getMessage());
    }

    @Override
    public void afterConnectionClosed(WebSocketSession session, CloseStatus closeStatus) throws Exception {
        removeUserSession(session);
        logger.info("关闭afterConnectionClosed" + closeStatus.getReason());
    }

    @Override
    public boolean supportsPartialMessages() {
        return false;
    }

    /**
     * 给符合要求的在线用户发送消息
     *
     * @param message
     */
    public void sendMessageToUsers(String message, List<String> userIds) throws IOException{
        if (StringUtils.isEmpty(message) || CollectionUtils.isEmpty(userIds)) {
            return;
        }
        if (users.isEmpty()) {
            return;
        }
        for (String userId : userIds) {
            if (!users.keySet().contains(userId)) {
                continue;
            }
            CopyOnWriteArraySet<WebSocketSession> webSocketSessions = users.get(userId);
            if (webSocketSessions == null) {
                continue;
            }
            for (WebSocketSession webSocketSession : webSocketSessions) {
                if (webSocketSession.isOpen()) {
                    try {
                        webSocketSession.sendMessage(new TextMessage(message));
                    } catch (IOException e) {
                        logger.error(" WebSocket server send message ERROR " + e.getMessage());
                        try {
                            throw e;
                        } catch (IOException e1) {
                            e1.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }

    /**
     * websocket清除连接信息
     *
     * @param session
     */
    private void removeUserSession(WebSocketSession session) {
        String userId = session.getAttributes().get("WEBSOCKET_USERID").toString();
        if (users.keySet().contains(userId)) {
            CopyOnWriteArraySet<WebSocketSession> webSocketSessions = users.get(userId);
            webSocketSessions.remove(session);
            if (webSocketSessions.isEmpty()) {
                users.remove(userId);
            }
        }
    }
}

整个功能完成后,A系统分配任务时,系统B登陆用户收到的消息如图:

总体流程:

1、对于系统B,每个登陆的用户都会和服务器建立websocket长连接。

2、系统A生成任务,AOP做出响应,将封装的消息发送给MQ。

3、系统B中的MQ监听发现队列有消息到达,消费消息。

4、系统B通过websocket长连接将消息发给指定的登陆用户。

 

 

 

参考:

https://docs.spring.io/spring/docs/4.3.12.RELEASE/spring-framework-reference/htmlsingle/#websocket

https://www.cnblogs.com/jingmoxukong/p/7755643.html

https://www.cnblogs.com/dwlsxj/p/RabbitMQ.html

https://blog.csdn.net/Holmofy/article/details/78111715