Netty四、websocket 协议

1. Websocket协议

​ WebSocket是HTML5开始提供的一种浏览器与服务器间进行全双工通信的网络技术，浏览器和服务器只需要做一个握手的动作，然后，浏览器和服务器之间就形成了一条快速通道，两者就可以直接互相传送数据了。WebSocket基于TCP 双向全双工进行消息传递，在同一时刻，既可以发送消息，也可以接收消息，相比HTTP 的半双工协议，性能得到很大提升。其特点是

1. 单一的TCP连接，采用全双工模式通信：
2. 对代理、防火墙和路由器透明；
3. 对代理、防火墙和路由器透明；
4. 无安全开销：
5. 通过“ping/pong”帧保持链路激活：
6. 服务器可以主动传递消息给客户端，不再需要客户端轮询。

1.1. HTTP协议的弊端

1. HTTP协议为半双工协议。半双工协议指数据可以在客户端和服务端两个方向上 传输，但是不能同时传输。它意味着在同一时刻，只有一个方向上的数据传送。

2. HTTP消息冗长而繁琐。HTTP消息包含消息头、消息体、换行符等，通常情况 下采用文本方式传输，相比于其他的二进制通信协议，冗长而繁琐；

3. 针对服务器推送的黑客攻击。例如长时间轮询。现在，很多网站为了实现消息推送，所用的技术都是轮询。轮询是在特定的的时间间 隔（如每1秒），由浏览器对服务器发出HTTP request,然后由服务器返回最新的数据给 客户端浏览器。这种传统的模式具有很明显的缺点，即浏览器需要不断地向服务器发出请 求，然而HTTP request的Header是非常冗长的，里面包含的可用数据比例可能非常低， 这会占用很多的带宽和服务器资源。

1.1.2 Websocket链接建立

1. 为了建立一个WebSocket连接，客户端浏览器先要向服务器发起1个HTTP请求， 这个清求和通常的HTTP请求不同，包含了一些附加头信息，其中附加头信息" Upgrade: WebSocket"表明这是 个申请协议升级的HTTP请求。
2. 双方可以通过这个连接通道自由地传递信息，并旦这个连接会持续存在直到客尸端或者服务 器端的某一方主动关闭连接。
3. 握手成功之后，服务端和客户端就可以通过“messages"的方式进行通信了，一个消 息由一个或者多个帧组成，WebSocket的消息并不一定对应一个特定网结层的帧，它可以 被分割成多个帧或者被合并。

1.1.2 Websocket链接关闭

1. 为关闭WebSocket连接，客户端和服务端需要通过一个安全的方法关闭底层TCP连 接以及TLS会话。如果合适，丢弃任何可能己经接收的字节，必要时（比如受到攻击）可 以通过任何可用的手段关闭连接。
2. 当服务器被指示关闭WebSocket连接时，它应该立即发起一个TCP Close操作：客户 端应该等待服务器的TCP Close。
3. WebSocket的握手关闭消息带有一个状态码和一个可选的关闭原因，它必须按照协议 要求发送一个Close控制帧，当对端接收到关闭控制帧指令时，需要主动关闭WebSocket 连接。

2. Netty 编写Websocket服务器

public class WebSocketServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<Object> {
    private static final Logger logger = Logger.getLogger(WebSocketServerHandler.class.getName());

    private WebSocketServerHandshaker handshaker;


    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.flush();
    }

    private void handleHttpRequest(ChannelHandlerContext ctx, FullHttpRequest req) throws Exception {
        // 如果HTTP解码失败，返回HHTP异常
        if (!req.getDecoderResult().isSuccess() || (!"websocket".equals(req.headers().get("Upgrade")))) {
            sendHttpResponse(ctx, req, new DefaultFullHttpResponse(HTTP_1_1, BAD_REQUEST));
            return;
        }

        // 创建握手处理类 WebSocketServer Handshaker.通过它构造握手响应消息返冋给客户端，同时将WebSocket相关的编码和解 码类动态添加到					ChannelPipeline中，用于WebSocket消息的编解码
        WebSocketServerHandshakerFactory wsFactory = new WebSocketServerHandshakerFactory(
                "ws://localhost:8080/websocket", null, false);
        handshaker = wsFactory.newHandshaker(req);
        if (handshaker == null) {
            WebSocketServerHandshakerFactory.sendUnsupportedWebSocketVersionResponse(ctx.channel());
        } else {
            handshaker.handshake(ctx.channel(), req);
        }
    }

    private void handleWebSocketFrame(ChannelHandlerContext ctx,
                                      WebSocketFrame frame) {

        // 判断是否是关闭链路的指令
        if (frame instanceof CloseWebSocketFrame) {
            handshaker.close(ctx.channel(),
                    (CloseWebSocketFrame) frame.retain());
            return;
        }

        // 判断是否是Ping消息
        if (frame instanceof PingWebSocketFrame) {
            ctx.channel().write(new PongWebSocketFrame(frame.content().retain()));
            return;
        }

        // 本例程仅支持文本消息，不支持二进制消息
        if (!(frame instanceof TextWebSocketFrame)) {
            throw new UnsupportedOperationException(String.format(
                    "%s frame types not supported", frame.getClass().getName()));
        }

        // 返回应答消息
        String request = ((TextWebSocketFrame) frame).text();
        if (logger.isLoggable(Level.FINE)) {
            logger.fine(String.format("%s received %s", ctx.channel(), request));
        }
        ctx.channel().write(new TextWebSocketFrame(request + " , 欢迎使用Netty WebSocket服务，现在时刻：" +
                new java.util.Date().toString()));
    }


    private static void sendHttpResponse(ChannelHandlerContext ctx,
                                         FullHttpRequest req, FullHttpResponse res) {
        // 返回应答给客户端
        if (res.getStatus().code() != 200) {
            ByteBuf buf = Unpooled.copiedBuffer(res.getStatus().toString(),
                    CharsetUtil.UTF_8);
            res.content().writeBytes(buf);
            buf.release();
            setContentLength(res, res.content().readableBytes());
        }

        // 如果是非Keep-Alive，关闭连接
        ChannelFuture f = ctx.channel().writeAndFlush(res);
        if (!isKeepAlive(req) || res.getStatus().code() != 200) {
            f.addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);
        }
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)
            throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }

    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        // 第一次握手请求消息由HTTP协议承载，所以它是一个HTTP消息处理WebSocket握手请求
        if (msg instanceof FullHttpRequest) {
            handleHttpRequest(ctx, (FullHttpRequest) msg);
        }
        
        // WebSocket接入
        else if (msg instanceof WebSocketFrame) {
            handleWebSocketFrame(ctx, (WebSocketFrame) msg);
        }
    }
}

3. xmind