用 Java 编写 WebSocket 服务器

这个示例展示了如何用甲骨文的 Java 语言来创建 WebSocket API 服务器。

虽然其他的服务端语言也能创建 WebSocket 服务，但是通过这个示例代码你可以看到使用 Java 来做这件事会更简单。

该服务器符合 RFC 6455，所以它只处理来自 Chrome 16 版本、Firefox 11、IE 10 及更高版本的连接。

第一步

WebSocket 通过 TCP（传输控制协议）通信。Java 的 ServerSocket 类位于 java.net 包中。

ServerSocket

ServerSocket 构造函数接受一个名为 port 的 int 参数。

当你实例化 ServerSocket 类时，它将绑定到由 port 参数指定的端口号。

以下是分段实现：

java

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("服务器已在 127.0.0.1:80 启动。\r\n等待连接...");
      Socket client = server.accept();
      System.out.println("客户端已连接。");

Socket 方法

java.net.Socket.getInputStream(): 返回该 Socket 的输入流。
java.net.Socket.getOutputStream(): 返回该 Socket 的输出流。

OutputStream 方法

java

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

将指定字节数组从偏移量 off 开始的 len 字节写入此输出流。

InputStream 方法

java

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

从输入流中读取最多 len 字节的数据到一个字节数组中。

让我们扩展一下示例。

java

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

握手

当客户端连接到服务器时，它会发送 GET 请求以从简单的 HTTP 请求升级到 WebSocket 的连接。这被称为握手。

java

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

创建响应比理解为什么必须以这种方式做要容易得多。

你必须：

获取 Sec-WebSocket-Key 请求标头的值，去除头部和尾部的所有空格
追加字符串“258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11”
计算 SHA-1 值及其 Base64 编码
将其作为 HTTP 响应的一部分写回 Sec-WebSocket-Accept 响应标头的值

java

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);

解码消息

握手成功后，客户端可以向服务器发送消息，但现在这些已经过编码的消息需要解码。

如果客户端发送“abcdef”，我们会拿到这些字节数据：

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

129：

FIN（消息是完整的吗？） RSV1 RSV2 RSV3 操作码

1 0 0 0 0x1=0001

FIN：你可以分多次发送一个完整的消息。但现在为了简单，操作码 0x1 表示这是文本消息。完整的操作码列表。
134：如果第二个字节减去 128 在 0 到 125 之间，则这是消息的长度。如果是 126，则为后面的 2 个字节（16 位无符号整数）；如果是 127，则为后面的 8 个字节（64 位无符号整数，最高有效位必须为 0）是长度。

备注： 由于第一位始终为 1，因此可以取 128。
解码密钥的字节是 167、225、225 和 210。每次都会改变。
剩余的编码字节是消息数据部分。

FIN（消息是完整的吗？）	RSV1	RSV2	RSV3	操作码
1	0	0	0	0x1=0001

解码算法

解码字节 = 编码字节 XOR 密钥的第（编码字节位置 AND 0x3）个字节

在 Java 示例中：

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();
    }
  }
}

参见

编写 WebSocket 服务器