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  • 第十一章：WebSocket

    文章目录


    本文转自互联网博客，在此感谢博主的总结归纳，本文只提供于巩固复习使用
    本章介绍

    • WebSocket
    • ChannelHandler,Decoder and Encoder
    • 引导一个Netty基础程序
    • 测试WebSocket

    “real-time-web”实时web现在随处可见，很多的用户希望能从web站点实时获取信息。Netty支持WebSocket实现，并包含了不同的版本，我们可以非常容易的实现WebSocket应用。使用Netty附带的WebSocket，我们不需要关注协议内部实现，只需要使用Netty提供的一些简单的方法就可以实现。本章将通过的例子应用帮助你来使用WebSocket并了解它是如何工作。

    11.1 WebSockets some background

    关于WebSocket的一些概念和背景，可以查询网上相关介绍。这里不赘述。

    11.2 面临的挑战

    ​ 要显示“real-time”支持的WebSocket，应用程序将显示如何使用Netty中的WebSocket实现一个在浏览器中进行聊天的IRC应用程序。你可能知道从Facebook可以发送文本消息到另一个人，在这里，我们将进一步了解其实现。在这个应用程序中，不同的用户可以同时交谈，非常像IRC(Internet Relay Chat，互联网中继聊天)。

    img

    上图显示的逻辑很简单：

    1. 一个客户端发送一条消息
    2. 消息被广播到其他已连接的客户端

    它的工作原理就像聊天室一样，在这里例子中，我们将编写服务器，然后使用浏览器作为客户端。带着这样的思路，我们将会很简单的实现它。

    11.3 实现

    ​ WebSocket使用HTTP升级机制从一个普通的HTTP连接WebSocket，因为这个应用程序使用WebSocket总是开始于HTTP(s)，然后再升级。什么时候升级取决于应用程序本身。直接执行升级作为第一个操作一般是使用特定的url请求。

    ​ 在这里，如果url的结尾以/ws结束，我们将只会升级到WebSocket，否则服务器将发送一个网页给客户端。升级后的连接将通过WebSocket传输所有数据。逻辑图如下：

    img

    11.3.1 处理http请求

    ​ 服务器将作为一种混合式以允许同时处理http和websocket，所以服务器还需要html页面，html用来充当客户端角色，连接服务器并交互消息。因此，如果客户端不发送/ws的uri，我们需要写一个ChannelInboundHandler用来处理FullHttpRequest。看下面代码：

    package netty.in.action;
 
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelFutureListener;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.DefaultFileRegion;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.handler.codec.http.DefaultFullHttpResponse;
import io.netty.handler.codec.http.DefaultHttpResponse;
import io.netty.handler.codec.http.FullHttpRequest;
import io.netty.handler.codec.http.FullHttpResponse;
import io.netty.handler.codec.http.HttpHeaders;
import io.netty.handler.codec.http.HttpResponse;
import io.netty.handler.codec.http.HttpResponseStatus;
import io.netty.handler.codec.http.HttpVersion;
import io.netty.handler.codec.http.LastHttpContent;
import io.netty.handler.ssl.SslHandler;
import io.netty.handler.stream.ChunkedNioFile;
 
import java.io.RandomAccessFile;
 
/**
 * WebSocket，处理http请求
 * 
 * @author c.k
 * 
 */
public class HttpRequestHandler extends
		SimpleChannelInboundHandler<FullHttpRequest> {
	//websocket标识
	private final String wsUri;
 
	public HttpRequestHandler(String wsUri) {
		this.wsUri = wsUri;
	}
 
	@Override
	protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, FullHttpRequest msg)
			throws Exception {
		//如果是websocket请求，请求地址uri等于wsuri
		if (wsUri.equalsIgnoreCase(msg.getUri())) {
			//将消息转发到下一个ChannelHandler
			ctx.fireChannelRead(msg.retain());
		} else {//如果不是websocket请求
			if (HttpHeaders.is100ContinueExpected(msg)) {
				//如果HTTP请求头部包含Expect: 100-continue，
				//则响应请求
				FullHttpResponse response = new DefaultFullHttpResponse(
						HttpVersion.HTTP_1_1, HttpResponseStatus.CONTINUE);
				ctx.writeAndFlush(response);
			}
			//获取index.html的内容响应给客户端
			RandomAccessFile file = new RandomAccessFile(
					System.getProperty("user.dir") + "/index.html", "r");
			HttpResponse response = new DefaultHttpResponse(
					msg.getProtocolVersion(), HttpResponseStatus.OK);
			response.headers().set(HttpHeaders.Names.CONTENT_TYPE,
					"text/html; charset=UTF-8");
			boolean keepAlive = HttpHeaders.isKeepAlive(msg);
			//如果http请求保持活跃，设置http请求头部信息
			//并响应请求
			if (keepAlive) {
				response.headers().set(HttpHeaders.Names.CONTENT_LENGTH,
						file.length());
				response.headers().set(HttpHeaders.Names.CONNECTION,
						HttpHeaders.Values.KEEP_ALIVE);
			}
			ctx.write(response);
			//如果不是https请求，将index.html内容写入通道
			if (ctx.pipeline().get(SslHandler.class) == null) {
				ctx.write(new DefaultFileRegion(file.getChannel(), 0, file
						.length()));
			} else {
				ctx.write(new ChunkedNioFile(file.getChannel()));
			}
			//标识响应内容结束并刷新通道
			ChannelFuture future = ctx
					.writeAndFlush(LastHttpContent.EMPTY_LAST_CONTENT);
			if (!keepAlive) {
				//如果http请求不活跃，关闭http连接
				future.addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);
			}
			file.close();
		}
	}
 
	@Override
	public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)
			throws Exception {
		cause.printStackTrace();
		ctx.close();
	}
}

    11.3.2 处理WebSocket框架

    WebSocket支持6种不同框架，如下图：

    img

    我们的程序只需要使用下面4个框架：

    • CloseWebSocketFrame
    • PingWebSocketFrame
    • PongWebSocketFrame
    • TextWebSocketFrame

    我们只需要显示处理TextWebSocketFrame，其他的会自动由WebSocketServerProtocolHandler处理，看下面代码：

    package netty.in.action;
 
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.channel.group.ChannelGroup;
import io.netty.handler.codec.http.websocketx.TextWebSocketFrame;
import io.netty.handler.codec.http.websocketx.WebSocketServerProtocolHandler;
 
/**
 * WebSocket，处理消息
 * @author c.k
 *
 */
public class TextWebSocketFrameHandler extends
		SimpleChannelInboundHandler<TextWebSocketFrame> {
	private final ChannelGroup group;
 
	public TextWebSocketFrameHandler(ChannelGroup group) {
		this.group = group;
	}
 
	@Override
	public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt)
			throws Exception {
		//如果WebSocket握手完成
		if (evt == WebSocketServerProtocolHandler.ServerHandshakeStateEvent.HANDSHAKE_COMPLETE) {
			//删除ChannelPipeline中的HttpRequestHandler
			ctx.pipeline().remove(HttpRequestHandler.class);
			//写一个消息到ChannelGroup
			group.writeAndFlush(new TextWebSocketFrame("Client " + ctx.channel()
					+ " joined"));
			//将Channel添加到ChannelGroup
			group.add(ctx.channel());
		}else {
			super.userEventTriggered(ctx, evt);
		}
	}
 
	@Override
	protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, TextWebSocketFrame msg)
			throws Exception {
		//将接收的消息通过ChannelGroup转发到所以已连接的客户端
		group.writeAndFlush(msg.retain());
	}
}

    11.3.3 初始化ChannelPipeline

    看下面代码：

    package netty.in.action;
 
import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelPipeline;
import io.netty.channel.group.ChannelGroup;
import io.netty.handler.codec.http.HttpObjectAggregator;
import io.netty.handler.codec.http.HttpServerCodec;
import io.netty.handler.codec.http.websocketx.WebSocketServerProtocolHandler;
import io.netty.handler.stream.ChunkedWriteHandler;
 
/**
 * WebSocket,初始化ChannelHandler
 * @author c.k
 *
 */
public class ChatServerInitializer extends ChannelInitializer<Channel> {
	private final ChannelGroup group;
	
	public ChatServerInitializer(ChannelGroup group){
		this.group = group;
	}
 
	@Override
	protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {
		ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
		//编解码http请求
		pipeline.addLast(new HttpServerCodec());
		//写文件内容
		pipeline.addLast(new ChunkedWriteHandler());
		//聚合解码HttpRequest/HttpContent/LastHttpContent到FullHttpRequest
		//保证接收的Http请求的完整性
		pipeline.addLast(new HttpObjectAggregator(64 * 1024));
		//处理FullHttpRequest
		pipeline.addLast(new HttpRequestHandler("/ws"));
		//处理其他的WebSocketFrame
		pipeline.addLast(new WebSocketServerProtocolHandler("/ws"));
		//处理TextWebSocketFrame
		pipeline.addLast(new TextWebSocketFrameHandler(group));
	}
}

    WebSocketServerProtcolHandler不仅处理Ping/Pong/CloseWebSocketFrame，还和它自己握手并帮助升级WebSocket。这是执行完成握手和成功修改ChannelPipeline，并且添加需要的编码器/解码器和删除不需要的ChannelHandler。

    看下图：

    img
    ChannelPipeline通过ChannelInitializer的initChannel(…)方法完成初始化，完成握手后就会更改事情。一旦这样做了，WebSocketServerProtocolHandler将取代HttpRequestDecoder、WebSocketFrameDecoder13和HttpResponseEncoder、WebSocketFrameEncoder13。另外也要删除所有不需要的ChannelHandler已获得最佳性能。这些都是HttpObjectAggregator和HttpRequestHandler。下图显示ChannelPipeline握手完成：

    img

    ​ 我们甚至没注意到它，因为它是在底层执行的。以非常灵活的方式动态更新ChannelPipeline让单独的任务在不同的ChannelHandler中实现。

    11.4 结合在一起使用

    ​ 一如既往，我们要将它们结合在一起使用。使用Bootstrap引导服务器和设置正确的ChannelInitializer。看下面代码：

    package netty.in.action;
 
import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.group.ChannelGroup;
import io.netty.channel.group.DefaultChannelGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.util.concurrent.ImmediateEventExecutor;
 
import java.net.InetSocketAddress;
 
/**
 * 访问地址：http://localhost:2048
 * 
 * @author c.k
 * 
 */
public class ChatServer {
 
	private final ChannelGroup group = new DefaultChannelGroup(
			ImmediateEventExecutor.INSTANCE);
	private final EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
	private Channel channel;
 
	public ChannelFuture start(InetSocketAddress address) {
		ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
		b.group(workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class)
				.childHandler(createInitializer(group));
		ChannelFuture f = b.bind(address).syncUninterruptibly();
		channel = f.channel();
		return f;
	}
 
	public void destroy() {
		if (channel != null)
			channel.close();
		group.close();
		workerGroup.shutdownGracefully();
	}
 
	protected ChannelInitializer<Channel> createInitializer(ChannelGroup group) {
		return new ChatServerInitializer(group);
	}
 
	public static void main(String[] args) {
		final ChatServer server = new ChatServer();
		ChannelFuture f = server.start(new InetSocketAddress(2048));
		Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread() {
			@Override
			public void run() {
				server.destroy();
			}
		});
		f.channel().closeFuture().syncUninterruptibly();
	}
}

    另外，需要将index.html文件放在项目根目录，index.html内容如下：

    <html>
<head>
<title>Web Socket Test</title>
</head>
<body>
<script type="text/javascript">
var socket;
if (!window.WebSocket) {
  window.WebSocket = window.MozWebSocket;
}
if (window.WebSocket) {
  socket = new WebSocket("ws://localhost:2048/ws");
  socket.onmessage = function(event) {
    var ta = document.getElementById('responseText');
    ta.value = ta.value + '
' + event.data
  };
  socket.onopen = function(event) {
    var ta = document.getElementById('responseText');
    ta.value = "Web Socket opened!";
  };
  socket.onclose = function(event) {
    var ta = document.getElementById('responseText');
    ta.value = ta.value + "Web Socket closed"; 
  };
} else {
  alert("Your browser does not support Web Socket.");
}
 
function send(message) {
  if (!window.WebSocket) { return; }
  if (socket.readyState == WebSocket.OPEN) {
    socket.send(message);
  } else {
    alert("The socket is not open.");
  }
}
</script>
	<form onsubmit="return false;">
		<input type="text" name="message" value="Hello, World!"><input
			type="button" value="Send Web Socket Data"
			onclick="send(this.form.message.value)">
		<h3>Output</h3>
		<textarea id="responseText" style="width: 500px; height: 300px;"></textarea>
	</form>
</body>
</html>

    最后在浏览器中输入：http://localhost:2048，多开几个窗口就可以聊天了。

    11.5 给WebSocket加密

    ​ 上面的应用程序虽然工作的很好，但是在网络上收发消息存在很大的安全隐患，所以有必要对消息进行加密。添加这样一个加密的功能一般比较复杂，需要对代码有较大的改动。但是使用Netty就可以很容易的添加这样的功能，只需要将SslHandler加入到ChannelPipeline中就可以了。实际上还需要添加SslContext，但这不在本例子范围内。

    首先我们创建一个用于添加加密Handler的handler初始化类，看下面代码：

    package netty.in.action;
 
import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.channel.group.ChannelGroup;
import io.netty.handler.ssl.SslHandler;
 
import javax.net.ssl.SSLContext;
import javax.net.ssl.SSLEngine;
 
public class SecureChatServerIntializer extends ChatServerInitializer {
	private final SSLContext context;
 
	public SecureChatServerIntializer(ChannelGroup group,SSLContext context) {
		super(group);
		this.context = context;
	}
 
	@Override
	protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {
		super.initChannel(ch);
		SSLEngine engine = context.createSSLEngine();
		engine.setUseClientMode(false);
		ch.pipeline().addFirst(new SslHandler(engine));
	}
}

    最后我们创建一个用于引导配置的类，看下面代码：

    package netty.in.action;
 
import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.group.ChannelGroup;
import java.net.InetSocketAddress;
import javax.net.ssl.SSLContext;
 
/**
 * 访问地址：https://localhost:4096
 * 
 * @author c.k
 * 
 */
public class SecureChatServer extends ChatServer {
	private final SSLContext context;
 
	public SecureChatServer(SSLContext context) {
		this.context = context;
	}
 
	@Override
	protected ChannelInitializer<Channel> createInitializer(ChannelGroup group) {
		return new SecureChatServerIntializer(group, context);
	}
 
	/**
	 * 获取SSLContext需要相关的keystore文件，这里没有 关于HTTPS可以查阅相关资料，这里只介绍在Netty中如何使用
	 * 
	 * @return
	 */
	private static SSLContext getSslContext() {
		return null;
	}
 
	public static void main(String[] args) {
		SSLContext context = getSslContext();
		final SecureChatServer server = new SecureChatServer(context);
		ChannelFuture future = server.start(new InetSocketAddress(4096));
		Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread() {
			@Override
			public void run() {
				server.destroy();
			}
		});
		future.channel().closeFuture().syncUninterruptibly();
	}
}
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