Netty系列文章之构建HTTP(HTTPS)应用程序

这篇文章主要介绍如何用Netty构建一个HTTP/HTTPS应用程序,用一个HelloWorld级Demo进行阐述

SSL/TLS协议简介

因为要同时构建HTTPS应用程序,所以我们需要通过使用 SSL/TLS保护Netty应用程序,这里先简单介绍下 SSL/TLS协议。

SSL和TLS都是运输层的安全协议, 它们发展历史如下:

  • 1995: SSL 2.0 ,由Netscape提出,这个版本由于设计缺陷,并不安全,很快被发现有严重漏洞,已经废弃
  • 1996:SSL 3.0写成RFC,开始流行,目前(从2015年)已经不安全,必须禁用
  • 1999:TLS1.0互联网标准化组织ISOC接替NetScape公司,发布了 SSL 的升级版TLS1.0版
  • 2006: TLS 1.1. 作为 RFC 4346 发布。主要fix了CBC模式相关的如BEAST攻击等漏洞
  • 2008: TLS 1.2. 作为RFC 5246 发布 。增进安全性。目前(2015年)应该主要部署的版本,请确保你使用的是这个版本
  • 2015之后: TLS 1.3,还在制订中,支持0-rtt,大幅增进安全性,砍掉了aead之外的加密方式

由于SSL的2个版本都已经退出历史舞台, 现在一般所说的SSL就是TLS

SSL/TLS安全协议示意图如下:

Netty系列文章之构建HTTP(HTTPS)应用程序

SSL/TLS协议是一个位于HTTP层与TCP层之间的可选层,其提供的服务主要有:

  • 认证用户和服务器,确保数据发送到正确的客户机和服务器
  • 加密数据以防止数据中途被窃取
  • 维护数据的完整性,确保数据在传输过程中不被改变

关于SSL/TLS协议更加详细的介绍可以查找相关资料,这里就不细说了。

JDK的javax.net.ssl包 VS Netty的OpenSSL/SSLEngine

为了支持 SSL/TLS,Java提供了 javax.net.ssl 包,它的 SSLContext 和 SSLEngine 类使得解密和加密相当简单和高效。SSLContext是SSL链接的上下文,SSLEngine主要用于出站和入站字节流的操作。

Netty还提供了使用 OpenSSL工具包的SSLEngine实现,该SSLEngine比JDK提供的SSLEngine实现有更好的性能

Netty通过一个名为 SslHandlerChannelHandler 实现加密和解密的功能,其中 SslHandler 在内部使用SSLEngine来完成实际的工作,SSLEngine的实现可以是JDK的 SSLEngine ,也可以是 Netty 的 OpenSslEngine ,当然推荐使用Netty的OpenSslEngine,因为它性能更好,通过SslHandler进行解密和加密的过程如下图所示(摘自《Netty In Action》):

Netty系列文章之构建HTTP(HTTPS)应用程序

大多数情况下,SslHandler 将是 ChannelPipeline 中的第一个 ChannelHandler。这确保了只有在所有其他的 ChannelHandler 将它们的逻辑应用到数据之后,才会进行加密。

HTTP请求和响应组成部分

HTTP是基于请求/响应模型的的: 客户端向服务端发送一个HTTP请求,然后服务端将会返回一个HTTP响应,Netty提供了多种编码器和解码器以简化对这个协议的使用。

HTTP请求的组成部分如下图:

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HTTP响应的组成部分如下图:

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如上面两图所示,一个HTTP请求/响应可能由多个数据部分组成,并且它总是以一个 LastHttpContent 部分作为结束。 FullHttpRequestFullHttpResponse 消息是特殊的子类型,分别代表了完整的请求和响应。

所有类型的HTTP消息都实现了 HttpObject 接口

HTTP解码器、编码器和编解码器

Netty为HTTP消息提供了编码器和解码器:

HttpRequestEncoder
HttpResponseEecoder
HttpRequestDecoder
HttpResponseDecoder

编解码器:

  • HttpClientCodec : 用于客户端的编解码器,等效于 HttpRequestEncoderHttpResponseDecoder 的组合
  • HttpServerCodec :用于服务端的编解码器,等效于 HttpRequsetDecoderHttpResponseEncoder 的组合

HttpServerCodec 为例,它的类继承结构图如下:

Netty系列文章之构建HTTP(HTTPS)应用程序

HttpServerCodec 同时实现了 ChannelInboundHandlerChannelOutboundHandler 接口,以达到同时具有编码和解码的能力。

聚合器:

  • HttpObjectAggregator : 聚合器,可以将多个消息部分合并为 FullHttpRequest 或者 FullHttpResponse 消息。使用该聚合器的原因是HTTP解码器会在每个HTTP消息中生成多个消息对象,如 HttpRequest/HttpResponse,HttpContent,LastHttpContent ,使用聚合器将它们聚合成一个完整的消息内容,这样就不用关心消息碎片了。

应用程序代码

构建基于Netty的HTTP/HTTPS 应用程序的源代码出自于Netty官方提供的demo,我略微做了一些改动,原地址是: github.com/netty/netty…

源代码:

public class HttpHelloWorldServer {


    static final boolean SSL = System.getProperty("ssl") != null;
    static final int PORT = Integer.parseInt(System.getProperty("port", SSL ? "8443" : "8080"));

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        final SslContext sslContext;
        //判断SSL是否为true,为true表示使用HTTPS连接,反之,使用HTTP
        if (SSL) {
            //使用Netty自带的证书工具生成一个数字证书
            SelfSignedCertificate certificate = new SelfSignedCertificate();
            sslContext = SslContextBuilder.forServer(certificate.certificate(), certificate.privateKey()).build();
        } else {
            sslContext = null;
        }
        EventLoopGroup boss = new NioEventLoopGroup(1);
        EventLoopGroup worker = new NioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
            bootstrap.group(boss, worker)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
                            if (sslContext != null) {
                                pipeline.addLast(sslContext.newHandler(ch.alloc()));
                            }
                            //添加一个HTTP的编解码器
                            pipeline.addLast(new HttpServerCodec());
                            //添加HTTP消息聚合器
                            pipeline.addLast(new HttpObjectAggregator(64 * 1024));
                            //添加一个自定义服务端Handler
                            pipeline.addLast(new HttpHelloWorldServerHandler());
                        }
                    });
            ChannelFuture future = bootstrap.bind(PORT).sync();
            System.err.println("Open your web browser and navigate to " +
                    (SSL? "https" : "http") + "://127.0.0.1:" + PORT + '/');

            future.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            boss.shutdownGracefully().sync();
            worker.shutdownGracefully().sync();
        }

    }

}
复制代码

代码解读

首先判断系统属性ssl是否存在,如果存在,则表明使用安全连接,反之,则使用一般的HTTP连接。

final SslContext sslContext;
        if (SSL) {
            SelfSignedCertificate certificate = new SelfSignedCertificate();
            sslContext = SslContextBuilder.forServer(certificate.certificate(), certificate.privateKey()).build();
        } else {
            sslContext = null;
        }
复制代码

上面代码所示,当SSL为true时,使用Netty自带的签名证书工具自定义服务端发送给客户端的数字证书。

接下来和一般的Netty服务端程序步骤一样,先创建 ServerBootstrap 启动类,设置和绑定 NioEventLoopGroup 线程池,创建服务端 Channel,添加ChannelHandler。值得注意的是,添加的ChannelHandler都是与HTTP相关的Handler。

HttpHelloWorldServerHandler

自定义的Handler代码如下:

public class HttpHelloWorldServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<HttpObject> {
    private static final AsciiString CONTENT_TYPE = AsciiString.cached("Content-Type");
    private static final AsciiString CONTENT_LENGTH = AsciiString.cached("Content-Length");
    private static final AsciiString CONNECTION = AsciiString.cached("Connection");
    private static final AsciiString KEEP_ALIVE = AsciiString.cached("keep-alive");
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, HttpObject msg) throws Exception {
        if (msg instanceof HttpRequest) {
            HttpRequest req = (HttpRequest) msg;
            System.out.println("浏览器请求方式:"+req.method().name());
            String content = "";
            if ("/hello".equals(req.uri())) {
                content = "hello world";
                response2Client(ctx,req,content);
            } else {
                content = "Connect the Server";
                response2Client(ctx,req,content);
            }
        }
    }

    private void response2Client(ChannelHandlerContext ctx, HttpRequest req, String content) {
        boolean keepAlive = HttpUtil.isKeepAlive(req);
        FullHttpResponse response = new DefaultFullHttpResponse(HttpVersion.HTTP_1_1, HttpResponseStatus.OK, Unpooled.wrappedBuffer(content.getBytes()));
        response.headers().set(CONTENT_TYPE, "text/plain");
        response.headers().setInt(CONTENT_LENGTH, response.content().readableBytes());
        if (!keepAlive) {
            ctx.write(response).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);
        } else {
            response.headers().set(CONNECTION, KEEP_ALIVE);
            ctx.write(response);
        }
    }

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

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

在此Handler中处理入站数据流,但该代码只是处理 GET 请求,没有对 POST 请求做出处理,所以当浏览器发送一个 GET 请求时,此Handler定义一个HTTP响应体 FullHttpResponse ,设置一些响应头,如· Content-typeConnectionContent-Length 等,设置响应内容,然后通过 ctx.write 方法写入HTTP消息

AsciiString

在设置响应头时我们用到了 AsciiString ,从Netty 4.1开始,提供了实现了 CharSequence 接口的 AsciiString ,至于 CharSequence 就是 String 的父类。 AsciiString 包含的字符只占1个字节,当你处理 US-ASCII 或者 ISO-8859-1 字符串时可以节省空间。例如,HTTP编解码器使用 AsciiString 处理 header name ,因为将 AsciiString 编码到 ByteBuf 中不会有类型转换的代价,其内部实现就是用的 byte ,而对于 String 来说,内部是存 char[] ,使用 String就需要将 char转换成 byte,所以 AsciiString 比String类型有更好的性能。

原文 

https://juejin.im/post/5baa2d78e51d450e4a1bc8bf

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