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本章主要內容WebSocketChannelHandler，Decoder和Encoder啟動基于Netty的應用測試WebSocket現在很多地方都可以看到“real-time-web”這個術語。大部分用戶在訪問網站時希望能實時獲取信息。Netty提供了很多WebSocket相關的支持，包括不同的版本。在你的應用中可以無腦使用這些技術。因為你不需要詳細了解那些底層協議相關的知識，只需要使用它提供的簡單的API即可。本章我們將學習開發一個關于WebSocket的例子，來理解如何在實際項目中使用它。你也可以將例子中的一些代碼集成到自己的應用中，復用這些代碼。一、挑戰為了說明WebSocket的實時性，這個例子我們將會用WebSocket實現一個WEB版本的即時通訊應用，類似QQ那樣。這個應用很類似QQ中的群聊天功能，一個用戶發消息，其他用戶都能收到。從上圖可以看出，一個用戶發了消息，然后服務端轉發給其他用戶。不過我們主要實現服務器端部分，因為客戶端我們會使用瀏覽器。現在就開始實現這個應用。二、實現WebSocket使用HTTP升級機制將HTTP連接轉成WebSocket連接。因此WebSocket應用都是先從HTTP開始，然后升級到WebSocket。升級發生的時間是應用指定的。有的是上來就升級，有的是訪問了指定的URL之后才升級。這個例子中，當URL以/ws結尾時才開始升級到WebSocket，否則就返回一個網頁給客戶端。一旦升級之后就通過WebSocket傳輸數據。主要的邏輯都通過ChannelHandler來實現，方便以后復用。下一小節就詳細介紹這些ChannelHandler。2.1、處理HTTP請求上一小節說過，服務端將同時處理HTTP請求和WebSocket請求，因為服務端也要返回HTML頁面，比如聊天室頁面，用于客戶端展示。因此我們需要編寫一個ChannelInboundHandler，處理客戶端的HTTP請求，消息實體使用FullHttpRequest。[java]package com.nan.netty.chatroom;import io.netty.buffer.Unpooled;import io.netty.channel.*;import io.netty.handler.codec.http.*;import io.netty.handler.ssl.SslHandler;import io.netty.handler.stream.ChunkedNioFile;import java.io.RandomAccessFile;public class HttpRequestHandler extends SimpleChannelInboundHandler<FullHttpRequest> {private final String wsUri;public HttpRequestHandler(String wsUri) {this.wsUri = wsUri;}@Overridepublic void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, FullHttpRequest request) throws Exception {if (wsUri.equalsIgnoreCase(request.uri())) {//如果是WebSocket請求，則保留數據并傳遞到下一個ChannelHandlerctx.fireChannelRead(request.retain());} else {if (HttpUtil.is100ContinueExpected(request)) {//收到100-continue，則返回給客戶端100send100Continue(ctx);}boolean keepAlive;ChannelFuture future;try (RandomAccessFile file = new RandomAccessFile(this.getClass().getResource("/").getPath() + "../resources/index.html", "r")) {HttpResponse response = new DefaultHttpResponse(request.protocolVersion(), HttpResponseStatus.OK);response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_TYPE, "text/html; charset=UTF-8");response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_LENGTH, file.length());keepAlive = HttpUtil.isKeepAlive(request);if (keepAlive) {//如果需要keep-alive，則添加相應頭信息response.headers().set(HttpHeaderNames.CONNECTION, HttpHeaderValues.KEEP_ALIVE);}ctx.write(response);if (ctx.pipeline().get(SslHandler.class) == null) {//不用加密使用零內存復制發送文件future = ctx.writeAndFlush(new DefaultFileRegion(file.getChannel(), 0, file.length()));} else {future = ctx.writeAndFlush(new ChunkedNioFile(file.getChannel()));}}//如果不是keep-alive，則關閉Channelif (!keepAlive) {future.addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);}}}private static void send100Continue(ChannelHandlerContext ctx) {FullHttpResponse response = new DefaultFullHttpResponse(HttpVersion.HTTP_1_1, HttpResponseStatus.CONTINUE);ctx.writeAndFlush(response);}@Overridepublic void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {cause.printStackTrace();ctx.close();}}上面實現的HttpRequestHandler坐了以下的事情：首先檢查請求路徑是否是WebSocket，如果是WebSocket則使用retain()方法和fireChannelRead(msg)方法將數據傳遞下去。如果客戶端發送的100，則返回100。如果不是WebSocket請求，則返回一個HttpResponse，返回的內容就是一個HTML文件的內容。當然，上邊這個ChannelHandler只處理了普通HTTP的請求，我們還需要處理WebSocket的請求，然后將收到的數據轉發，下一小節就來學習這個知識點。2.2、處理WebSocket請求Netty提供了6種不同的WebSocket類型，如下表所示。名稱描述BinaryWebSocketFrame二進制數據類型TextWebSocketFrame文本數據類型ContinuationWebSocketFrame屬于前一個二進制類型或文本類型CloseWebSocketFrame關閉請求PingWebSocketFrame請求發送了PongWebSocketFramePongWebSocketFrame響應發送了PingWebSocketFrame而我們的應用，一般只需要處理下面四種類型：CloseWebSocketFramePingWebSocketFramePongWebSocketFrameTextWebSocketFrame幸運的是，其實只需要處理TextWebSocketFrame，其他的可以使用Netty提供的WebSocketServerProtocolHandler處理，Netty幫助開發者簡化開發工作，下面的代碼就是處理TextWebSocketFrame的ChannelHandler。[java]package com.nan.netty.chatroom;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;public class TextWebSocketFrameHandler extends SimpleChannelInboundHandler<TextWebSocketFrame> {private final ChannelGroup group;public TextWebSocketFrameHandler(ChannelGroup group) {this.group = group;}@Overridepublic void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) throws Exception {//當WebSocket連接成功if (evt == WebSocketServerProtocolHandler.ServerHandshakeStateEvent.HANDSHAKE_COMPLETE) {//不需要再處理HTTP請求ctx.pipeline().remove(HttpRequestHandler.class);//告訴已經連接的客戶端有新的客戶端連接進來了group.writeAndFlush(new TextWebSocketFrame("Client " + ctx.channel() + " joined"));//將新的客戶端添加到ChannelGroup中group.add(ctx.channel());} else {super.userEventTriggered(ctx, evt);}}@Overridepublic void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, TextWebSocketFrame msg) throws Exception {//消息轉發給每一個客戶端group.writeAndFlush(msg.retain());}}主要的業務邏輯已經實現完了，現在只需要再實現一個ChannelInitializer，用來初始化每個Channel。2.3、初始化ChannelPipeline最后一步就是需要初始化ChannelPipeline，添加所有需要的ChannelHandler。前面的章節講過，只需要繼承ChannelInitializer，然后重寫initChannel(…)方法即可，如下面的代碼。[java]package com.nan.netty.chatroom;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;public class ChatServerInitializer extends ChannelInitializer<Channel> {private final ChannelGroup group;public ChatServerInitializer(ChannelGroup group) {this.group = group;}@Overrideprotected void initChannel(Channel ch) throws Exception {ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();pipeline.addLast(new HttpServerCodec());pipeline.addLast(new ChunkedWriteHandler());pipeline.addLast(new HttpObjectAggregator(64 * 1024));pipeline.addLast(new HttpRequestHandler("/ws"));pipeline.addLast(new WebSocketServerProtocolHandler("/ws"));pipeline.addLast(new TextWebSocketFrameHandler(group));}}大部分情況下initChannel(...)方法都是用來設置新注冊Channel的ChannelPipeline，主要代碼就是將應用中需要的ChannelHandler添加到ChannelPipeline中。我們來看看上邊的代碼中我們添加的那些ChannelHandler的作用。名稱描述HttpServerCodec解碼HTTP請求，編碼HTTP響應ChunkedWriteHandler用來寫文件內容HttpObjectAggregator解碼HttpRequest/HttpContent/LastHttpContent聚合成FullHttpRequest，使用它你接收的使用FullHttpRequestHttpRequestHandler這個我們自定義的實現，普通HTTP請求返回HTML，WebSocket傳遞給下一個ChannelHandlerWebSocketServerProtocolHandler處理WebSocket請求的Ping/Pong/Close事件TextWebSocketFrameHandler我們自定義實現的處理WebSocket文本消息，轉發給其他客戶端WebSocketServerProtcolHandler比較特殊一些，所以這里多做一些介紹。WebSocketServerProtocol只處理WebSocket的Ping/Pong/Close請求，所以可以通過它幫忙將應用升級到WebSocket協議。通過執行握手連接，一旦成功后就可以修改ChannelPipeline，添加需要的編解碼器，把不需要的編解碼器移除。我們剛初始化后的ChannelPipeline如下圖。一旦WebSocket握手完成，則就會發生變化。WebSocketServerProtocolHandler會將HttpRequestDecoder替換成WebSocketFrameDecoder，將HttpResponseEncoder替換成WebSocketFrameEncoder。除此之外它還會移除其他不需要的ChannelHandler，例如我們本例中HttpObjectAggregator，然后我們在實現代碼中移除了HttpRequestHandler，升級到WebSocket后的ChannelPipeline如下圖。上面ChannelPipeline的更新是Netty背后幫我們完成的，這種方式還是很靈活的，并且可以將不同的任務分配到不同的ChannelHandler中。三、編寫服務端啟動類和客戶端主要的業務邏輯都已經完成，現在只需要按照Netty提供的固定套路，設置服務端啟動器然后啟動服務端即可。[java]package com.nan.netty.chatroom;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;public class ChatServer {//使用DefaultChannelGroup保存所有WebSocket客戶端private final ChannelGroup channelGroup = new DefaultChannelGroup(ImmediateEventExecutor.INSTANCE);private final EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();private Channel channel;/*** 啟動服務端*/public ChannelFuture start(InetSocketAddress address) {//服務端啟動器ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();bootstrap.group(group).channel(NioServerSocketChannel.class).childHandler(createInitializer(channelGroup));ChannelFuture future = bootstrap.bind(address);future.syncUninterruptibly();channel = future.channel();return future;}/*** 創建Channel初始化器*/protected ChannelInitializer<Channel> createInitializer(ChannelGroup channelGroup) {return new ChatServerInitializer(channelGroup);}/*** 釋放資源*/public void destroy() {if (channel != null) {channel.close();}channelGroup.close();group.shutdownGracefully();}/*** 主方法*/public static void main(String[] args) {//服務端監聽端口int port = 9999;final ChatServer endpoint = new ChatServer();ChannelFuture future = endpoint.start(new InetSocketAddress(port));Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() -> endpoint.destroy()));future.channel().closeFuture().syncUninterruptibly();}}服務端的代碼已經完成，現在我們實現一個客戶端。本例中我們使用瀏覽器作為客戶端，所以需要編寫一個HTML頁面，并使用JS的WebSocket API與服務端連接并通信。[html]<!DOCTYPE html><html><head><meta charset="UTF-8"><title>聊天室</title></head><body style="display: flex; justify-content: center; align-items: center"><form onsubmit="return false;"><h3>WebSocket聊天室：</h3><div><textarea id="responseText" style="width: 500px; height: 300px;"></textarea></div><div><input type="text" name="message"  style="width: 430px" value="我是Netty"><input type="button" value="發送消息" onclick="send(this.form.message.value)"></div></form><script type="text/javascript">var socket;if (!window.WebSocket) {window.WebSocket = window.MozWebSocket;}if (window.WebSocket) {socket = new WebSocket("ws://localhost:9999/ws");socket.onmessage = function(event) {console.log(event);var ta = document.getElementById('responseText');ta.value = ta.value + '\n' + event.data};socket.onopen = function(event) {var ta = document.getElementById('responseText');ta.value = "連接開啟!";};socket.onclose = function(event) {var ta = document.getElementById('responseText');ta.value = ta.value + "連接被關閉";};} else {alert("你的瀏覽器不支持 WebSocket！");}function send(message) {if (!window.WebSocket) {return;}if (socket.readyState == WebSocket.OPEN) {socket.send(message);} else {alert("連接沒有開啟.");}}</script></body></html>這個HTML文件的存放位置要和HttpRequestHandler代碼中的路徑一致，不然會發生找不到文件異常，比如本例中，我使用的是Gradle工具，所以將這個文件放到了Resources目錄下。現在就可以嘗試一下我們的聊天室了。首先啟動服務端，然后在瀏覽器中輸入http://localhost:9999/，最好使用Chrome瀏覽器，然后就能看到如下頁面。然后再打開一個瀏覽器標簽，同樣訪問地址http://localhost:9999/，可以同樣看到上圖畫面，并且第一個打開的瀏覽器頁面會編程如下所示。說明另一個客戶端已經成功連接，并且通知了已經存在的客戶端，當然，發消息功能也是沒問題。四、加密上面我們已經實現了聊天室的主要功能，但是可能有人會提出，消息內容很私密，需要我們需要在傳輸過程中加密。一般來說，添加加密功能不能一件容易的工作，往往需要大改項目。但是因為我們使用的是Netty，只需要將SslHandler添加到ChannelPipeline即可。雖然說還需要改一點點代碼，但也是很簡單的修改，不過如果還需要配置SslContext，可能就會麻煩一些。總體來說，使用Netty添加加密功能還是很簡單的，主要是ChannelPipeline的存在，這里再次感謝它。因為我們需要將SslHandler添加到ChannelPipeline中，所以需要改造一下ChatServerInitializer，這里我們繼承ChatServerInitializer再開發一個有加密功能的初始化類。[java]package com.nan.netty.chatroom;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 SecureChatServerInitializer extends ChatServerInitializer {private final SSLContext context;public SecureChatServerInitializer(ChannelGroup group, SSLContext context) {super(group);this.context = context;}@Overrideprotected void initChannel(Channel ch) throws Exception {//父類原樣初始化super.initChannel(ch);SSLEngine engine = context.createSSLEngine();engine.setUseClientMode(false);//加密解密的SslHandler需要放到首位ch.pipeline().addFirst(new SslHandler(engine));}}安全的ChannelInitializer邏輯很簡單，就是將SslHandler添加到ChannelPipeline第一個位置。下一步呢，我們就是需要在啟動服務端時候使用這個新的SecureChatServerInitializer，并且在構造的時候將SSLContext傳入，但是SSLContext是需要SSL證書的，這里為了方便就不向專業結構申請了，直接使用JDK自帶的keytool工具生成自簽名證書，當然這個證書是不被瀏覽器認可的，所以不能用在生產環境中。我這邊使用Windows系統，Linux或其他系統基本操作一致。打開CMD窗口，執行下面命令。[java]keytool -genkey -keysize 2048 -validity 365 -keyalg RSA -keypass netty123 -storepass netty123 -keystore netty.jkskeytool就是JDK自帶的工具，大家應該把JAVA安裝目錄下面的bin目錄加到環境變量中了吧，參數意義如下。-keysize 2048 密鑰長度2048位-validity 365 證書有效期365天-keyalg RSA 使用RSA非對稱加密算法-keypass netty123 密鑰的訪問密碼-storepass netty123 密鑰庫的訪問密碼-keystore netty.jks 指定生成的密鑰庫文件然后需要填寫一些信息，最后確認一步輸入“y”即可，如下圖。有的情況下會出現無權限訪問文件的問題，就要看看你的用戶有沒有目錄權限了，Windows系統的同學可以打開具有管理員權限的CMD窗口解決這種問題。然后將生成的證書復制到指定目錄，我這里還是放到項目的Resources目錄下，然后編寫安全版本的啟動類。[java]package com.nan.netty.chatroom;import io.netty.channel.Channel;import io.netty.channel.ChannelFuture;import io.netty.channel.ChannelInitializer;import io.netty.channel.group.ChannelGroup;import javax.net.ssl.KeyManagerFactory;import javax.net.ssl.SSLContext;import java.io.FileInputStream;import java.io.InputStream;import java.net.InetSocketAddress;import java.security.KeyStore;public class SecureChatServer extends ChatServer {private final SSLContext context;public SecureChatServer(SSLContext context) {this.context = context;}@Overrideprotected ChannelInitializer<Channel> createInitializer(ChannelGroup group) {//Channel初始化使用安全版本的return new SecureChatServerInitializer(group, context);}public static void main(String[] args) {int port = 9999;SSLContext sslContext = null;//讀取SSL證書文件，配置SSLContexttry (InputStream ksInputStream = new FileInputStream(SecureChatServer.class.getResource("/").getPath() + "../resources/netty.jks")) {KeyStore ks = KeyStore.getInstance("JKS");ks.load(ksInputStream, "netty123".toCharArray());KeyManagerFactory kmf = KeyManagerFactory.getInstance(KeyManagerFactory.getDefaultAlgorithm());kmf.init(ks, "netty123".toCharArray());sslContext = SSLContext.getInstance("TLS");sslContext.init(kmf.getKeyManagers(), null, null);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}final SecureChatServer endpoint = new SecureChatServer(sslContext);ChannelFuture future = endpoint.start(new InetSocketAddress(port));Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() -> endpoint.destroy()));future.channel().closeFuture().syncUninterruptibly();}}現在還有最后一步，將之前的HTML文件里面的WebSocket連接修改為wss://localhost:9999/ws，因為我們使用了Ssl連接，那自然WebSocket協議也要修改成Ssl連接的。[java]<!DOCTYPE html><html><head><meta charset="UTF-8"><title>聊天室</title></head><body style="display: flex; justify-content: center; align-items: center"><form onsubmit="return false;"><h3>WebSocket聊天室：</h3><div><textarea id="responseText" style="width: 500px; height: 300px;"></textarea></div><div><input type="text" name="message"  style="width: 430px" value="我是Netty"><input type="button" value="發送消息" onclick="send(this.form.message.value)"></div></form><script type="text/javascript">var socket;if (!window.WebSocket) {window.WebSocket = window.MozWebSocket;}if (window.WebSocket) {socket = new WebSocket("wss://localhost:9999/ws");socket.onmessage = function(event) {console.log(event);var ta = document.getElementById('responseText');ta.value = ta.value + '\n' + event.data};socket.onopen = function(event) {var ta = document.getElementById('responseText');ta.value = "連接開啟!";};socket.onclose = function(event) {var ta = document.getElementById('responseText');ta.value = ta.value + "連接被關閉";};} else {alert("你的瀏覽器不支持 WebSocket！");}function send(message) {if (!window.WebSocket) {return;}if (socket.readyState == WebSocket.OPEN) {socket.send(message);} else {alert("連接沒有開啟.");}}</script></body></html>好了，代碼都寫完了，現在我們啟動安全版的服務端，在瀏覽器輸入https://localhost:9999/，一般瀏覽器都會提示這是不安全的連接，因為我們的證書是自簽名的嘛。剩下的聊天功能和前面的一樣，這里就不詳說了。五、總結這一章我們主要學習了如何使用Netty提供的WebSocket開發一個聊天室功能。學習了如何處理HTTP請求，已經如何轉到WebSocket請求，并知道如何轉發數據。也應該明白了為什么WebSocket相比較HTTP比較重要，當然也大概能知道WebSocket的使用場景。下一章中我們將學習Web 2.0其他的東西，這些東西可以增加你的應用更有魅力。下一章主要內容就是SPDY，看看它的優點，已經適合什么樣的業務場景。