使用Undertow WebSockets高效地发送大数据集

我有一个大的ConcurrentHashMap(cache.getCache()(，我在其中保存所有数据(大约500MB以上，但随着时间的推移，它可能会增长(。客户端可以通过使用普通java HttpServer实现的API来访问此内容。这是简化的代码：

JsonWriter jsonWriter = new JsonWriter(new OutputStreamWriter(new BufferedOutputStream(new GZIPOutputStream(exchange.getResponseBody())))));
new GsonBuilder().create().toJson(cache.getCache(), CacheContainer.class, jsonWriter);

还有一些过滤器是客户端发送的，所以他们不会每次都得到所有的数据，但HashMap会不断更新，所以客户端必须经常刷新才能获得最新的数据。这是低效的，所以我决定使用WebSockets实时将数据更新推送到客户端。

我选择Undertow是因为我可以简单地从Maven导入它，并且不需要在服务器上进行额外的配置。

在WS连接上，我将通道添加到HashSet并发送整个数据集(客户端在获取初始数据之前发送带有一些过滤器的消息，但我从示例中删除了这一部分(：

public class MyConnectionCallback implements WebSocketConnectionCallback {
CacheContainer cache;
Set<WebSocketChannel> clients = new HashSet<>();
BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<>();
public MyConnectionCallback(CacheContainer cache) {
this.cache = cache;
Thread pusherThread = new Thread(() -> {
while (true) {
push(queue.take());
}
});
pusherThread.start();
}
public void onConnect(WebSocketHttpExchange webSocketHttpExchange, WebSocketChannel webSocketChannel) {
webSocketChannel.getReceiveSetter().set(new AbstractReceiveListener() {
protected void onFullTextMessage(WebSocketChannel channel, BufferedTextMessage message) {
clients.add(webSocketChannel);
WebSockets.sendText(gson.toJson(cache.getCache()), webSocketChannel, null);
}
}
}
private void push(String message) {
Set<WebSocketChannel> closed = new HashSet<>();
clients.forEach((webSocketChannel) -> {
if (webSocketChannel.isOpen()) {
WebSockets.sendText(message, webSocketChannel, null);
} else {
closed.add(webSocketChannel);
}
}
closed.foreach(clients::remove);
}
public void putMessage(String message) {
queue.put(message);
}
}

每次更改缓存后，我都会获得新值并将其放入队列(我不会直接序列化myUpdate对象，因为updateCache方法中还有其他逻辑(。只有一个线程负责更新缓存：

cache.updateCache(key, myUpdate);
Map<Key,Value> tempMap = new HashMap<>();
tempMap.put(key, cache.getValue(key));
webSocketServer.putMessage(gson.toJson(tempMap));

我看到这种方法的问题：

在初始连接时，整个数据集被转换为字符串，我担心太多的请求可能会导致服务器变成OOM。WebSockets.sendText只接受String和ByteBuffer
如果我先将通道添加到客户端集，然后发送数据，那么在发送初始数据之前，推送可能会到达客户端，并且客户端将处于无效状态
如果我先发送初始数据，然后将通道添加到客户端集，则在发送初始数据期间出现的推送消息将丢失，客户端将处于无效状态

我为问题#2和#3提出的解决方案是将消息放入队列中(我会将Set<WebSocketChannel>转换为Map<WebSocketChannel,Queue<String>>，并仅在客户端收到初始数据集后发送队列中的消息，但我欢迎这里的任何其他建议。

关于问题#1，我的问题是通过WebSocket发送初始数据的最有效方式是什么？例如，使用JsonWriter直接编写WebSocket之类的内容。

我意识到客户端可以使用API进行初始调用，并订阅WebSocket进行更改，但这种方法使客户端负责具有正确的状态(他们需要订阅WS，对WS消息进行排队，使用API获取初始数据，然后在获取初始数据后将排队的WS消息应用于他们的数据集(，我不想把控制权交给他们，因为数据是敏感的。

看起来#2和#3的问题与不同线程能够同时向客户端发送数据状态有关。因此，除了您的方法之外，您还可以考虑另外两种同步方法。

使用互斥来保护对数据的访问&客户端发送。这将串行化数据的读取和发送到客户端，因此(伪(代码变为：

protected void onFullTextMessage(...) {
LOCK {
clients.add(webSocketChannel);
WebSockets.sendText(gson.toJson(cache.getCache()), webSocketChannel, null);
}
}
void push(String message) {
Set<WebSocketChannel> closed = new HashSet<>();
LOCK {
clients.forEach((webSocketChannel) -> {
if (webSocketChannel.isOpen()) {
WebSockets.sendText(message, webSocketChannel, null);
} else {
closed.add(webSocketChannel);
}
}
}
closed.foreach(clients::remove);
}

创建一个新类&唯一负责管理对数据缓存的更改并将这些更改推送给客户端的服务线程；它将使用内部同步队列异步处理方法调用，并跟踪连接的客户端，它将具有如下接口：

public void update_cache(....);
public void add_new_client(WebSocketChannel);

这些调用中的每一个都对要在对象内部线程上完成的操作进行查询。这保证了初始快照和更新的顺序，因为只有一个线程负责更改缓存并将这些更改传播给订阅服务器。

至于#1，如果您使用方法#2，那么您可以缓存数据的序列化状态，以便在以后的快照中重用(前提是在此期间没有更改(。正如命令中所指出的：只有在以后的客户端具有相同的筛选器配置时，这才会起作用。

为了解决问题#2和#3，我在每个客户端上设置了一个推锁标志，只有在发送初始数据时才能解锁。设置推送锁定后，到达的消息将被放置在该客户端队列中。然后，在任何新消息之前发送排队的消息。

我通过直接使用ByteBuffer而不是String来缓解问题#1。这样我可以节省一些内存，因为编码(字符串默认使用UTF-16(

最终代码：

public class WebSocketClient {
private boolean pushLock;
private Gson gson;
private Queue<CacheContainer> queue = new ConcurrentLinkedQueue<>();
WebSocketClient(MyQuery query, CacheHandler cacheHandler) {
pushLock = true;
this.gson = GsonFactory.getGson(query, cacheHandler);
}
public synchronized boolean isPushLock() {
return pushLock;
}
public synchronized void pushUnlock() {
pushLock = false;
}
public Gson getGson() {
return gson;
}
public Queue<CacheContainer> getQueue() {
return queue;
}
public boolean hasBackLog() {
return !queue.isEmpty();
}
}
public class MyConnectionCallback implements WebSocketConnectionCallback {
private final Map<WebSocketChannel, WebSocketClient> clients = new ConcurrentHashMap<>();
private final BlockingQueue<CacheContainer> messageQueue = new LinkedBlockingQueue<>();
private final Gson queryGson = new GsonBuilder().disableHtmlEscaping().create();
private final CacheHandler cacheHandler;
MyConnectionCallback(CacheHandler cacheHandler) {
this.cacheHandler = cacheHandler;
Thread pusherThread = new Thread(() -> {
boolean hasPushLock = false;
while (true) {
if (messageQueue.isEmpty() && hasPushLock) hasPushLock = pushToAllClients(null);
else hasPushLock = pushToAllClients(messageQueue.take());
}
}, "PusherThread");
pusherThread.start();
}
@Override
public void onConnect(WebSocketHttpExchange webSocketHttpExchange, WebSocketChannel webSocketChannel) {
webSocketChannel.getReceiveSetter().set(new AbstractReceiveListener() {
@Override
protected void onFullTextMessage(WebSocketChannel channel, BufferedTextMessage message) throws IOException {
MyQuery query = new MyQuery(queryGson.fromJson(message.getData(), QueryJson.class));
WebSocketClient clientConfig = new WebSocketClient(query, cacheHandler);
clients.put(webSocketChannel, clientConfig);
push(webSocketChannel, clientConfig.getGson(), cacheHandler.getCache());
clientConfig.pushUnlock();
}
});
webSocketChannel.resumeReceives();
}
void putMessage(CacheContainer message) {
messageQueue.put(message);
}
private synchronized void push(WebSocketChannel webSocketChannel, Gson gson, CacheContainer message) throws IOException {
try (ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
JsonWriter jsonWriter = new JsonWriter(new OutputStreamWriter(baos, StandardCharsets.UTF_8))) {
gson.toJson(message, CacheContainer.class, jsonWriter);
jsonWriter.flush();
if (baos.size() > 2) {
WebSockets.sendText(ByteBuffer.wrap(baos.toByteArray()), webSocketChannel, null);
}
}
}
private synchronized boolean pushToAllClients(CacheContainer message) {
AtomicBoolean hadPushLock = new AtomicBoolean(false);
Set<WebSocketChannel> closed = new HashSet<>();
clients.forEach((webSocketChannel, clientConfig) -> {
if (webSocketChannel.isOpen()) {
if (clientConfig.isPushLock()) {
hadPushLock.set(true);
clientConfig.getQueue().add(message);
} else {
try {
if (clientConfig.hasBackLog())
pushBackLog(webSocketChannel, clientConfig);
if (message != null)
push(webSocketChannel, clientConfig.getGson(), message);
} catch (Exception e) {
closeChannel(webSocketChannel, closed);
}
}
} else {
closed.add(webSocketChannel);
}
});
closed.forEach(clients::remove);
return hadPushLock.get();
}
private void pushBackLog(WebSocketChannel webSocketChannel, WebSocketClient clientConfig) throws IOException {
while (clientConfig.hasBackLog()) {
push(webSocketChannel, clientConfig.getGson(), clientConfig.getQueue().poll());
}
}
private void closeChannel(WebSocketChannel channel, Set<WebSocketChannel> closed) {
closed.add(channel);
channel.close();
}
}

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