Viết máy chủ WebSocket bằng Java

Những bước đầu tiên

WebSocket giao tiếp qua một kết nối TCP (Transmission Control Protocol). Lớp ServerSocket của Java nằm trong gói java.net.

ServerSocket

Hàm dựng ServerSocket nhận một tham số duy nhất port có kiểu int.

Khi bạn khởi tạo lớp ServerSocket, nó được gắn với số cổng bạn chỉ định bằng đối số port.

Đây là một triển khai được chia thành các phần:

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Base64;
import java.util.Scanner;
import java.util.regex.Matcher;
import java.util.regex.Pattern;

public class WebSocket {
  public static void main(String[] args) throws IOException, NoSuchAlgorithmException {
    ServerSocket server = new ServerSocket(80);
    try {
      System.out.println("Server has started on 127.0.0.1:80.\r\nWaiting for a connection…");
      Socket client = server.accept();
      System.out.println("A client connected.");

Phương thức Socket

java.net.Socket.getInputStream()

Trả về một luồng đầu vào cho socket này.

java.net.Socket.getOutputStream()

Trả về một luồng đầu ra cho socket này.

Phương thức OutputStream

write(byte[] b, int off, int len)

Ghi len byte từ mảng byte được chỉ định, bắt đầu tại độ lệch off, vào luồng đầu ra này.

Phương thức InputStream

read(byte[] b, int off, int len)

Đọc tối đa len byte dữ liệu từ luồng đầu vào vào một mảng byte.

Hãy mở rộng ví dụ của chúng ta.

InputStream in = client.getInputStream();
OutputStream out = client.getOutputStream();
Scanner s = new Scanner(in, "UTF-8");

Bắt tay

Khi một máy khách kết nối tới máy chủ, nó gửi một yêu cầu GET để nâng cấp kết nối lên WebSocket từ một yêu cầu HTTP đơn giản. Điều này được gọi là bắt tay.

try {
  String data = s.useDelimiter("\\r\\n\\r\\n").next();
  Matcher get = Pattern.compile("^GET").matcher(data);

Việc tạo phản hồi dễ hơn việc hiểu vì sao bạn phải làm theo cách này.

Bạn phải:

1. Lấy giá trị của tiêu đề yêu cầu Sec-WebSocket-Key mà không có khoảng trắng ở đầu hoặc cuối
2. Nối nó với "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11"
3. Tính mã SHA-1 và Base64 của nó
4. Ghi nó trở lại làm giá trị của tiêu đề phản hồi Sec-WebSocket-Accept như một phần của phản hồi HTTP.

if (get.find()) {
  Matcher match = Pattern.compile("Sec-WebSocket-Key: (.*)").matcher(data);
  match.find();
  byte[] response = ("HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n"
    + "Connection: Upgrade\r\n"
    + "Upgrade: websocket\r\n"
    + "Sec-WebSocket-Accept: "
    + Base64.getEncoder().encodeToString(MessageDigest.getInstance("SHA-1").digest((match.group(1) + "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11").getBytes("UTF-8")))
    + "\r\n\r\n").getBytes("UTF-8");
  out.write(response, 0, response.length);

Giải mã thông điệp

Sau khi bắt tay thành công, máy khách có thể gửi thông điệp đến máy chủ, nhưng lúc này chúng đã được mã hóa.

Nếu ta gửi "abcdef", ta sẽ nhận được các byte sau:

129 134 167 225 225 210 198 131 130 182 194 135

• 129:

  FIN (Đây có phải toàn bộ thông điệp không?)	RSV1	RSV2	RSV3	Opcode
  1	0	0	0	0x1=0001

  FIN: Bạn có thể gửi thông điệp theo frame, nhưng bây giờ hãy giữ mọi thứ đơn giản. Opcode 0x1 nghĩa là đây là một thông điệp văn bản. Danh sách đầy đủ các opcode

• 134:

  Nếu byte thứ hai trừ đi 128 nằm trong khoảng từ 0 đến 125, thì đó là độ dài của thông điệp. Nếu là 126, 2 byte tiếp theo (số nguyên không dấu 16 bit), nếu là 127, 8 byte tiếp theo (số nguyên không dấu 64 bit, bit có ý nghĩa lớn nhất PHẢI là 0) là độ dài.

  Note: Nó có thể lấy giá trị 128 vì bit đầu tiên luôn là 1.

• 167, 225, 225 và 210 là các byte của khóa dùng để giải mã. Nó thay đổi mỗi lần.

• Các byte đã mã hóa còn lại là thông điệp.

Thuật toán giải mã

decoded byte = encoded byte XOR (vị trí của encoded byte AND theo bit với 0x3)th byte của key

Ví dụ bằng Java:

          byte[] decoded = new byte[6];
          byte[] encoded = new byte[] { (byte) 198, (byte) 131, (byte) 130, (byte) 182, (byte) 194, (byte) 135 };
          byte[] key = new byte[] { (byte) 167, (byte) 225, (byte) 225, (byte) 210 };
          for (int i = 0; i < encoded.length; i++) {
            decoded[i] = (byte) (encoded[i] ^ key[i & 0x3]);
          }
        }
      } finally {
        s.close();
      }
    } finally {
      server.close();
    }
  }
}

Xem thêm

• Viết máy chủ WebSocket