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webSocket 服务器端的容易实现

热度：613   发布时间：2012-10-17 10:25:47.0
webSocket 服务器端的简单实现

webSocket 服务器端的简单实现

上周研究了一下HTML5.
发现很多令人激动的功能。
路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！

1. 内置数据库
2. 支持WebSocket
3. 支持多线程
4. 支持本地存储

但是，仍然处于草案中的 WebSocket 竟然找不到合适的服务器，刚好工作比较闲，用来三天时间自己写了一个。
功能有点简单！设计上也有很大缺陷。只能简单的发送信息，和推送信息。
而且现在的协议还不成熟，不久就有一个版本出现！昨天看到才是V16，今天出V17了。

简 单介绍一下 WebSocket 它是实现了浏览器与服务器的全双工信息传输。Websocket协议基于Http 的 Upgrade 头和101的响应进行协议切换。经过简单的握手协议，建立一个长连接，按照协议的规则进行数据的传输。具体介绍可以参考google.

1.握手协议
版本0--3中：
握手通过请求头Sec-WebSocket-Key1 和 Sec-WebSocket-Key2 的值和 8 字节的请求实体，进行MD5加密，将加密结果，构造出一个16字节作为请求实体的内容返回。如下实例：
------------------请求--------------------------------------------

Java代码 ?收藏代码
  1. GET?/demo?HTTP/1.1??
  2. Host:?example.com??
  3. Connection:?Upgrade??
  4. Sec-WebSocket-Key2:?12998?5?Y3?1??.P00??
  5. Sec-WebSocket-Protocol:?sample??
  6. Upgrade:?WebSocket??
  7. Sec-WebSocket-Key1:?4?@1??46546xW%0l?1?5??
  8. Origin:?http://example.com??
  9. (\r\n)??
  10. ^n:ds[4U??


------------------响应--------------------------------------------

Java代码 ?收藏代码
  1. HTTP/1.1?101?WebSocket?Protocol?Handshake??
  2. Upgrade:?WebSocket??
  3. Connection:?Upgrade??
  4. Sec-WebSocket-Origin:?http://example.com??
  5. Sec-WebSocket-Location:?ws://example.com/demo??
  6. Sec-WebSocket-Protocol:?sample??
  7. (\r\n)??
  8. 8jKS'y:G*Co,Wxa-??


------------------------------

把 第一个Key中的数字除以第一个Key的空白字符的数量，而第二个Key也是如此，这样得到两个整数，把每个整数写的四个字节里去，串为8个字 节，然后和请求实体里面的8个字节串为16字节，将这16个字节进行MD5加密（如实例中的结果：8jKS'y:G*Co,Wxa-），得到一个16字节 的数据作为响应实体的内容，返回给客户端，这样握手成功。


代码实现：

Java代码 ?收藏代码
  1. int?len?=?8;?//?in.available();??
  2. byte[]?key3?=?new?byte[len];??
  3. if?(in.read(key3)?!=?len)??
  4. ????throw?new?RuntimeException();??
  5. log.debug(HelpUtil.formatBytes(key3));??
  6. String?key1?=?requestHeaders.get("Sec-WebSocket-Key1");??
  7. String?key2?=?requestHeaders.get("Sec-WebSocket-Key2");??
  8. int?k1?=?HelpUtil.parseWebsokcetKey(key1);??
  9. int?k2?=?HelpUtil.parseWebsokcetKey(key2);??
  10. ??
  11. byte[]?sixteenByte?=?new?byte[16];??
  12. System.arraycopy(HelpUtil.intTo4Byte(k1),?0,?sixteenByte,?0,?4);??
  13. System.arraycopy(HelpUtil.intTo4Byte(k2),?0,?sixteenByte,?4,?4);??
  14. System.arraycopy(key3,?0,?sixteenByte,?8,?8);??
  15. byte[]?md5?=?MessageDigest.getInstance("MD5").digest(sixteenByte);??





在版本4之后，握手协议修改了：
------------------请求--------------------------------------------

Java代码 ?收藏代码
  1. GET?/chat?HTTP/1.1??
  2. Host:?server.example.com??
  3. Upgrade:?websocket??
  4. Connection:?Upgrade??
  5. Sec-WebSocket-Key:?dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==??
  6. Sec-WebSocket-Origin:?http://example.com??
  7. Sec-WebSocket-Protocol:?chat,?superchat??
  8. (\r\n)??



------------------响应--------------------------------------------

Java代码 ?收藏代码
  1. HTTP/1.1?101?Switching?Protocols??
  2. Upgrade:?websocket??
  3. Connection:?Upgrade??
  4. Sec-WebSocket-Accept:?me89jWimTRKTWwrS3aRrL53YZSo=??
  5. Sec-WebSocket-Nonce:?AQIDBAUGBwgJCgsMDQ4PEC==??
  6. Sec-WebSocket-Protocol:?chat??



使 用请求头的值 Sec-WebSocket-Key，该值是BASE-64编码（base64-encoded）的，我们不需要转码，加上一个魔幻字符串： "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11"，（结果： [dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11]）使用 SHA-1 加密，之后进行 BASE-64编码，将结果做为 Sec-WebSocket-Accept 头的值，返回给客户端。
如果服务器端有 Sec-WebSocket-Nonce 头，表示要在Sec-WebSocket-Key 的值，和魔幻字符串之间加入该 Sec-WebSocket-Nonce 头的值，即“dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==AQIDBAUGBwgJCgsMDQ4PEC==258EAFA5- E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11”，进行 SHA-1 加密，之后和前面的相同。完成握手协议。

Java代码 ?收藏代码
  1. public?static?final?String?GUID?=?"258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11";??
  2. public?static?final?String?HEADER_CODE?=?"iso-8859-1";??
  3. ??
  4. String?code?=?requestHeaders.get("Sec-WebSocket-Key")?+?GUID;??
  5. byte[]?bts?=?MessageDigest.getInstance("SHA1").digest(code.getBytes(HEADER_CODE));??
  6. code?=?HelpUtil.getBASE64(bts);??
  7. resMap.put("Sec-WebSocket-Accept",?code);??




握手完成就是数据帧的传输了。

在版本 0 中， 数据帧比较的简单。数据帧以 0x00 开头，以0xFF结尾，中间的数据以utf-8编码的字符就可以了。当然这个简单的格式只能用来传输字符串。无法传输字节流。所以 版本 1 就做了修改了，后面的版本绝大部分是兼容的。
后面的这个帧结构就有点复杂了，如下所示（一行是4个字节,32 bit）：

Java代码 ?收藏代码
  1. ?0???????????????????1???????????????????2???????????????????3??
  2. ?0?1?2?3?4?5?6?7?8?9?0?1?2?3?4?5?6?7?8?9?0?1?2?3?4?5?6?7?8?9?0?1??
  3. +-+-+-+-+-------+-+-------------+-------------------------------+??
  4. |M|R|R|R|?opcode|R|?Payload?len?|????Extended?payload?length????|??
  5. |O|S|S|S|??(4)??|S|?????(7)?????|?????????????(16/63)???????????|??
  6. |R|V|V|V|???????|V|?????????????|???(if?payload?len==126/127)???|??
  7. |E|1|2|3|???????|4|?????????????|???????????????????????????????|??
  8. +-+-+-+-+-------+-+-------------+?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?+??
  9. |?????Extended?payload?length?continued,?if?payload?len?==?127??|??
  10. +?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?+-------------------------------+??
  11. |???????????????????????????????|?????????Extension?data????????|??
  12. +-------------------------------+?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?+??
  13. :???????????????????????????????????????????????????????????????:??
  14. +---------------------------+??
  15. :???????????????????????Application?data????????????????????????:??
  16. +---------------------------+??


(后续的版本略有修改)

获取数据长度

Java代码 ?收藏代码
  1. int?dataLen?=?bt?&?PAYLOADLEN;??
  2. ??
  3. if?(dataLen?==?HAS_EXTEND_DATA)?{//?read?next?16?bit??
  4. ????bt?=?in.read();??
  5. ????b2?=?in.read();??
  6. ????fram.setDateLength(HelpUtil.toShort((byte)?bt,?(byte)?b2));??
  7. }?else?if?(dataLen?==?HAS_EXTEND_DATA_CONTINUE)?{//?read?next?32?bit??
  8. ????byte[]?bts?=?new?byte[8];??
  9. ????if?(in.read(bts)?!=?8){??
  10. ????????//fram.setOpcode??
  11. ????????throw?new?RuntimeException(??
  12. ????????????????"reader?Payload-Len-Extended-Continued?data?length?<?64?bit");??
  13. ????}??
  14. ????fram.setDateLength(HelpUtil.toLong(bts));??
  15. }?else?{??
  16. ????fram.setDateLength(dataLen);??
  17. }??



[MORE] 表示一个数据通过多个帧进行传输， 如果是 0 表示后面还有数据帧，如果是 1 则表示是最后一个帧。
[RSV1][RSV2][RSV3][RSV4] 未做定义暂时全为零。
[opcode] 标识数据的格式，以及帧的控制，如：08标识数据内容是 文本，01标识：要求远端去关闭当前连接。
[Payload len] 如果小于126 表示后面的数据长度是 [Payload len] 的值。（最大125byte）
????????????? 等于 126 表示之后的16 bit位的数据值标识数据的长度。（最大65535byte）
????????????? 等于 127 表示之后的64 bit位的数据值标识数据的长度。（一个有符号长整型的最大值）
[Extension data]没有提及怎么使用。
[Application data] 为应用提供的数据。

版本7之后，添加了 MASK 的概念。相当于对数据加密。而且要求客户端必须是MASK的。

Java代码 ?收藏代码
  1. ?0???????????????????1???????????????????2???????????????????3??
  2. ?0?1?2?3?4?5?6?7?8?9?0?1?2?3?4?5?6?7?8?9?0?1?2?3?4?5?6?7?8?9?0?1??
  3. +-+-+-+-+-------+-+-------------+-------------------------------+??
  4. |F|R|R|R|?opcode|M|?Payload?len?|????Extended?payload?length????|??
  5. |I|S|S|S|??(4)??|A|?????(7)?????|?????????????(16/63)???????????|??
  6. |N|V|V|V|???????|S|?????????????|???(if?payload?len==126/127)???|??
  7. |?|1|2|3|???????|K|?????????????|???????????????????????????????|??
  8. +-+-+-+-+-------+-+-------------+?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?+??
  9. |?????Extended?payload?length?continued,?if?payload?len?==?127??|??
  10. +?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?+-------------------------------+??
  11. |???????????????????????????????|Masking-key,?if?MASK?set?to?1??|??
  12. +-------------------------------+-------------------------------+??
  13. |?Masking-key?(continued)???????|??????????Payload?Data?????????|??
  14. +--------------------------------?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?+??
  15. :?????????????????????Payload?Data?continued?...????????????????:??
  16. +?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?-?+??
  17. |?????????????????????Payload?Data?continued?...????????????????|??
  18. +---------------------------+??


[opcode]? 01标识数据内容是 文本，08标识 ： 要求远端去关闭当前连接。
[MASK]（即原先的RSV4）如果是 1 则数据是被 MASK 的。
[Masking-key] 如果MASK为 1 则有4字节的 Masking-key，用于与传输的数据 [Payload Data] 进行异或运算，4byte（32bit）进行一次运算，不足四位从前往后对应，如只有三位，则只与[Masking-key]的前三位进行运算。

解码 MASK 数据，使用了一个过滤流

Java代码 ?收藏代码
  1. @Override??
  2. public?int?read()?throws?IOException?{??
  3. ????if?(readLength?>=?length)??
  4. ????????return?-1;??
  5. ????int?b?=?0;??
  6. ????synchronized?(lock)?{??
  7. ????????if?(readLength?>=?length)??
  8. ????????????return?-1;??
  9. ????????b?=?super.read();??
  10. ????????if?(isMask)?{??
  11. ????????????b?^=?maskKey[(int)?(readLength?%?4)];??
  12. ????????}??
  13. ????????readLength++;??
  14. ????}??
  15. ????return?b;??
  16. }??



关于流的关闭：一般情况我们可以直接 使用socket.close() 进行关闭，客户端JS状态会显示 webSocket.readyState 的值为 2 （正在关闭的状态）。需要我们通过握手去要求远端关闭流。
有三个版本：
在版本 0 时：传两个字节 （0xff,0x00）;
在版本 1--6 时：传三个字节 （0x80,0x01,0x00）;
在版本 7--以上 时：传两个字节 （0x88,0x00）;

经测试 只有 在版本 7--以上 时：传两个字节 （0x88,0x00）; 这时可以实现 webSocket.readyState 的值为 3。
估计是我的代码有问题。如有发现请告知，谢谢！

websocket 协议： http://tools.ietf.org/html/draft-ietf-hybi-thewebsocketprotocol-10 （其他版本查看相关链接）
源码SVN地址：http://lineblog.googlecode.com/svn/trunk/ 下面的目录
???????????? httpAnalysis/src/com/googlecode/lineblog/websocket/

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