基于Spring Boot框架的即時通信系統研究

摘要：基于Spring Boot框架設計即時通信系統能夠提升設計效率、簡化設計過程，這一框架在即時通信系統設計中的應用日益普遍。本文概述了Spring Boot框架的功能特點和運行原理，分析了即時通信系統設計的結構需求，并討論了基于Spring Boot框架的即時通信系統設計思路。

關鍵詞：Spring Boot框架；即時通信系統；系統設計

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.01.013

中圖分類號：TP 311.52" " " " " " " " "文獻標志碼：A" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2025）01-00-03

Research on Instant Messaging System Based on Spring Boot Framework

ZHOU Fang

（Zeda Vocational and Technical College， Suqian 223802， China）

Abstract： Designing instant messaging systems based on the Spring Boot framework can improve design efficiency and simplify the design process. The application of this framework in instant messaging system design is becoming increasingly common. The article outlines the functional characteristics and operating principles of the Spring Boot framework， analyzes the structural requirements for instant messaging system design， and discusses the design ideas for instant messaging systems based on the Spring Boot framework.

Keywords： Spring Boot framework; instant messaging system; system design

即時通信系統是一種允許用戶在不同設備之間發送和接收文本、音頻、視頻信息，具備實時聊天、文件傳輸、語音通話、視頻通話等功能的基于互聯網的實時消息傳遞平臺[1]。應用Spring Boot框架開發即時通信系統既能簡化Spring應用初始搭建、開發的過程，又能加速即時通信系統的更新換代。

1" "Spring Boot框架概述

1.1 功能特點

1.1.1 自動配置

傳統的Spring應用開發往往要求開發人員編寫大量的XML配置文件來定義Bean、配置數據源并進行事務管理。這顯著增加了開發人員的工作量，不僅因工作煩瑣容易出錯，而且項目代碼維護存在困難。

Spring Boot框架最大的功能優勢體現在它能夠通過自動配置本需開發人員編寫的大量XML配置文件來減少開發人員的配置工作量，使開發人員能夠更專注于業務邏輯的實現[2]。自動配置是Spring Boot的核心特性之一，它根據項目中添加的依賴項自動推斷并配置待開發的應用。例如，當在項目中添加spring-boot-starter-web依賴時，Spring Boot框架會自動配置Tomcat作為內嵌的Web服務器，并設置好Spring MVC中的DispatcherServlet、視圖解析器等相關組件。通過約定大于配置的方式，大部分應用配置都能夠自動完成，提高了即時通信系統的開發效率。

1.1.2 高兼容性

Spring Boot作為一種高兼容性的開發框架，能夠整合多種技術和功能，對開發人員在軟件開發過程中的開發需求提供一站式的解決方案。框架中的Spring Data提供了統一的數據訪問模板和倉庫接口，支持JPA、MongoDB、Redis等多種數據庫和NoSQL存儲方案。這使得開發人員能夠快捷實現數據的增刪改查操作，而無須關心底層數據庫的具體實現細節。Spring Security提供了用戶認證、授權與加密等一系列安全模板，通過配置Spring Security，開發人員可以輕松在軟件中實現用戶登錄、權限控制、數據加密等功能。Spring MVC可簡化即時通信系統在Web層面的應用開發，它采用基于請求-響應模式的模型將Web應用劃分為控制器、模型、視圖等層次結構，允許開發者通過定義控制器來處理用戶請求，通過視圖來展示用戶界面，并通過模型來管理用戶數據。

1.2 運行原理

Spring Boot框架自動配置功能的實現依賴于其“約定大于配置”的運行原理。這一運行原理在于設置約定好的自動化配置模式優先于人力配置在軟件與系統的開發中發揮作用。框架已經為系統開發過程中可能遇到的常見需求預設了默認配置，開發人員可以選擇直接使用這些默認配置信息。而當開發人員需要實現特殊功能或滿足特定需求時，他們仍然可以通過顯式配置來覆蓋默認配置。大量使用的默認配置能夠輔助基于Spring Boot框架設計出的即時通信系統在系統測試和被接手時更高效地完成測試和交接。

2" "即時通信系統結構需求

即時通信系統一般包括客戶端、服務器和數據庫三部分，系統的各種功能都依托于這三部分結構而運行[3]。

客戶端在即時通信系統中屬于前端，其中的用戶界面（UI）模塊作為用戶與系統交互的窗口展示直觀易用的操作界面，并初步處理用戶輸入的多樣化信息，使其歸一化或分類成易于統一傳輸到后端服務器或數據庫中進行儲存的格式統一、類型明確的信息[4]。客戶端的通信模塊通過高效的通信協議與后端服務器進行實時數據交互，依據用戶的操作請求和數據輸入發送并接收消息。

服務器分為消息服務器、存儲服務器和用戶管理服務器三類。消息服務器通過優化路由算法和傳輸協議，確保每一條消息均能實時、準確地從發送端傳遞到接收端。存儲服務器承擔著存儲海量用戶數據和消息記錄的任務，一般采用高效的存儲架構和數據檢索技術為用戶提供便捷的歷史消息和聯系人信息查詢服務。用戶管理服務器負責用戶的身份驗證和權限管理，通過嚴格的認證機制和訪問控制策略確保系統的安全性和穩定性，只允許合法注冊且行為正常的用戶訪問系統資源。

數據庫在即時通信系統中的結構作用則在于存儲用戶的用戶名、密碼、聯系方式等基本信息，為服務器提供用戶信息查詢和驗證服務。

3" "基于Spring Boot框架的即時通信系

統設計

3.1 系統架構思路、編碼風格與模式選擇

Spring Boot框架在即時通信系統設計中主要起到開發系統核心功能的作用，框架集成了大量常用的庫和工具，極大簡化了項目的搭建和配置過程。

在架構系統過程中，可在耦合Spring容器并內嵌Tomcat服務器的Spring Boot框架下便捷地創建Maven工程，定義pom.xml文件引入所需的庫和工具，從而免去手動下載和配置的煩瑣過程，提升即時通信系統的開發效率。

Restful是一種基于HTTP的Web服務架構風格，能夠通過使用統一的接口定義方式將不同的操作映射到GET、POST、PUT、DELETE等不同的HTTP請求方法上而使接口更加清晰、易于理解和使用，且還具有支持數據JSON或XML序列化、方便前后端之間的數據交換的優勢。在Spring Boot框架支持下使用Restful風格的編碼既能夠將系統的接口風格簡潔化，又能夠優化即時通信系統客戶端與后端服務器的數據交換過程。

基于Spring Boot框架的即時通信系統可以使用MVC（Model-View-Controller）開發模式來構建系統服務端。MVC是一種將業務邏輯、數據和界面顯示分離的軟件設計模式，它使得應用程序的各部分得以獨立開發、測試和維護。在Spring Boot中，可以通過配置控制器（Controller）、服務層（Service）和數據訪問層（DAO）來實現MVC模式[5]。

3.2 系統結構設計

3.2.1 客戶端設計

依據即時通信系統用途的不同，其客戶端架構有包括原生應用（如Android、iOS）、Web應用（如React、Vue.js、Angular）或混合應用（如Cordova、React Native）等在內的多種選擇。在依據即時通信系統的使用環境和具體使用需求選定客戶端架構形式后，可以將能夠被Spring Boot框架集成的WebSocket作為從客戶端到服務器的通信協議，其支持全雙工通信的特性使得客戶端和服務器之間能夠安全可靠地實時交換數據。考慮到即時通信系統功能的多樣性，客戶端可能還需要通過Restful API與服務器進行非實時通信，因此在利用Spring Boot框架設計即時通信系統的客戶端時，還可使用Spring MVC模式創建Restful API。

3.2.2 服務器設計

常規的即時通信系統服務器設計常選用基于Spring Boot的MVC架構，并與客戶端相配合使用Spring WebSocket實現WebSocket通信、采用HTTP創建Restful API實現非實時通信。除與客戶端配合進行的服務器設計外，服務器結構本身還需通過結合數據庫或緩存系統構建數據持久化機制，以便在重啟或故障恢復后能夠保留用戶數據和會話信息。在利用Spring Boot框架設計服務器的過程中，可以使用Spring Data JPA、MyBatis等庫來簡化與服務器數據持久化需求相聯系的數據庫操作。若所需構建的即時通信系統是一類大型系統，日常使用時通信強度大、頻率高，則服務器設計還需要考慮負載均衡和擴展性。在Spring Boot框架中，可以使用Spring Cloud來構建微服務架構，并通過Eureka、Ribbon等組件實現負載均衡。

3.2.3 數據庫設計

基于Spring Boot框架的數據庫設計首先須明確即時通信系統數據庫所要包含的數據類型。從即時通信系統的結構需求和一般功能來看，數據庫設計應包括用戶注冊、登錄和身份驗證等用戶信息庫、涉及聯系人關系管理的聯系人信息庫和群聊信息框、存儲與查看聊天消息所需的聊天信息庫等。可依據這些庫的性能需求，合理進行數據庫選型。

即時通信系統數據庫的概念結構設計是將用戶需求抽象為信息結構的過程。該過程涉及用戶、聯系人關系、消息、群組等多個概念實體，各實體之間又存在著復雜的關系，因此需通過E-R圖等工具來描述這些關系形成概念模型。

即時通信系統數據庫的邏輯結構設計是指在完成概念結構設計后，將概念模型轉換為某個具體的數據庫管理系統所支持的數據模型的過程，當前的即時通信系統數據庫邏輯設計多采用關系數據模型來描述這些數據，將概念模型中的信息轉化為字段，并對數據進行一定的完整性約束。在Spring Boot項目中，數據模型通常使用Java類來表示。每個類對應一個概念實體，類的屬性對應實體的屬性，類之間的關系則通過關聯、聚合或組合等面向對象編程中的概念來體現。

即時通信系統數據庫的物理結構設計則是確定數據庫在物理設備上的存儲結構和存取方法的過程。這項設計工作要求開發者妥善處理索引的數量與大小問題，并采用分區或分片技術將數據分散到多個數據庫或表中以應對數據量增大給系統性能帶來的不利影響。在Spring Boot框架下可以通過配置ORM框架或直接使用原生SQL來實現索引創建與使用。

3.3 功能模塊設計

（1）用戶管理模塊：負責用戶注冊、登錄、個人信息管理等功能。

（2）好友管理模塊：負責好友添加、刪除、查找、分組等功能。

（3）群組管理模塊：負責群組創建、加入、退出、消息發送等功能。

（4）消息處理模塊：負責消息的接收、解析、存儲、轉發等功能。

（5）離線消息處理模塊：負責離線消息的存儲和推送功能。

（6）通知模塊：負責發送系統通知，如好友請求、新消息通知等。

3.4 系統安全設計

在即時通信系統的設計中，為確保通信的安全性，客戶端的程序設計往往需要實現用戶認證和授權機制，服務器設計和數據庫設計則需關注防止SQL注入、跨站腳本攻擊（XSS）、跨站請求偽造（CSRF）等安全問題。在基于Spring Boot框架設計的即時通信系統中，可將底層安全框架選型為Spring Security，其安全保障機制如圖1所示。

這一安全框架能夠提供表單認證、OAuth2、JWT等機制確保系統只允許已注冊并經過驗證的用戶訪問。而使用Spring Security提供的XSS、CSRF等防護機制，也可通過對用戶輸入進行清理和轉義等方式防御即時通信系統運行過程中受到跨站腳本攻擊和跨站請求偽造的威脅。

4" "結束語

基于Spring Boot框架的即時通信系統在設計時能夠簡化開發人員的開發過程，系統成型后的界面與接口也相對簡潔，系統性能較優，安全性能較強，展現出Spring Boot框架在即時通信系統設計中的廣闊前景。■

參考文獻

[1] 歐陽俊強．關于即時通信系統的研究與實現[J]．信息通信，2017（1）：208-209．

[2] 滕向宇．基于JAVA的即時通信系統設計與實現[J]．中國管理信息化，2017，20（11）：153-154．

[3] 唐小玲．Spring Boot代碼自動生成系統設計[J]．信息技術與信息化，2023（1）：77-80．

[4] 趙晟．基于XMPP協議的即時通信系統設計和實現[J]．信息記錄材料，2023，24（10）：160-162．

[5] 崔杰，徐浩，丁月華，等．跨協議的企業分布式即時通信系統的設計與實現[J]．計算機應用，2009，29（10）：2655-2658．

作者簡介：周" 方（1986—），女，漢族，江蘇宿遷人，講師，本科，研究方向為計算機軟件及計算機應用。