WebSocket13FrameDecoder解码器
我们拿这个解码器版本来讲，其他的原理都差不多的，这个就是我们在握手的时候创建的解码器，我们新来看看结构：
其实主要的操作还是在WebSocket08FrameDecoder里面，你会发现WebSocket13FrameDecoder没什么东西。所以我们主要还是讲WebSocket08FrameDecoder吧。
WebSocket08FrameDecoder解码器
属性
还是老规矩，先了解下一些属性，这个跟HTTP的请求解码器很类型，也是根据状态来执行的，因为毕竟协议还是有个解码的过程的。
//读取状态
enum State {
READING_FIRST,//第一次读一个字节 FIN, RSV, OPCODE
READING_SECOND,//解析出MASK, PAYLOAD LEN描述
READING_SIZE,//解析具体长度PAYLOAD LEN
MASKING_KEY,//解析掩码
PAYLOAD,//解析数据
CORRUPT//帧损坏了
}
private static final byte OPCODE_CONT = 0x0;//连续的frame
private static final byte OPCODE_TEXT = 0x1;//文本frame
private static final byte OPCODE_BINARY = 0x2;//二进制frame
private static final byte OPCODE_CLOSE = 0x8;//关闭帧
private static final byte OPCODE_PING = 0x9;//ping
private static final byte OPCODE_PONG = 0xA;//pong
上面的属性可能不太清楚干嘛的，可以看下这篇文章，我觉得写得还不错的，另外我画个简单的图解释下，首先基本的部分是这样的：
然后后面的根据数据长度有不同的情况，第一种就是数据长度在0-125之间，掩码的情况，没掩码的情况就是掩码的4个字节没有了。：
第二种长度数据是126，这个不是表示数据长度就是126，只是说7位不够描述长度，长度要用2个字节描述，后面会直接跟着2个字节的长度数据：
第二种长度数据是127，这个不是表示数据长度就是127，只是说2字节不够描述长度，长度要用8个字节描述，后面会直接跟着8个字节的长度数据：
decode解码
主要还是这个方法，他就是从头开始解析这些数据，所以他分了好几个状态：
READING_FIRST：解析第一个字节，是不是最后一帧，扩展位怎么样，是什么帧类型。READING_SECOND：解析第二个字节，是否有掩码，数据长度是多少。READING_SIZE:处理长度，如果是0-125，那好办，如果是126，就要读取后面2个字节的数据，如果是127，就要读取后面8个字节的数据。MASKING_KEY：如果有掩码就解析出4字节掩码。PAYLOAD：解析出最后的数据。CORRUPT：帧数据可能损坏了，可能要关闭连接。
READING_FIRST
用了位操作去解析第一个字节，这里的Opcode实际上就是帧类型，比如0表示持续的帧，1表示文本帧，2表示二进制帧等等。
case READING_FIRST:
if (!in.isReadable()) {
return;
}
framePayloadLength = 0;
// FIN, RSV, OPCODE
byte b = in.readByte();
frameFinalFlag = (b & 0x80) != 0;//取出FIN，表示是不是一帧的最后一段
frameRsv = (b & 0x70) >> 4;//取出RSV
frameOpcode = b & 0x0F;//取出Opcode
if (logger.isTraceEnabled()) {
logger.trace("Decoding WebSocket Frame opCode={}", frameOpcode);
}
state = State.READING_SECOND;
READING_SECOND
然后读取掩码位，读取长度，进行一些合法性的检查，如果违反协议了，就直接发送关闭帧。
case READING_SECOND:
if (!in.isReadable()) {
return;
}
// MASK, PAYLOAD LEN 1
b = in.readByte();//再读一个字节
frameMasked = (b & 0x80) != 0;//读取掩码，1表示存在，4字节，0不存在
framePayloadLen1 = b & 0x7F;//获取内容长度
if (frameRsv != 0 && !config.allowExtensions()) {//有扩展标志位，但是不允许扩展
protocolViolation(ctx, in, "RSV != 0 and no extension negotiated, RSV:" + frameRsv);
return;
}
if (!config.allowMaskMismatch() && config.expectMaskedFrames() != frameMasked) {//需要掩码加密，但是发来的没进行掩码加密
protocolViolation(ctx, in, "received a frame that is not masked as expected");
return;
}
//控制操作，关闭，ping，pong
if (frameOpcode > 7) { // control frame (have MSB in opcode set)
// control frames MUST NOT be fragmented
if (!frameFinalFlag) {//控制帧不用分段了
protocolViolation(ctx, in, "fragmented control frame");
return;
}
// control frames MUST have payload 125 octets or less
if (framePayloadLen1 > 125) {//长度超过125
protocolViolation(ctx, in, "control frame with payload length > 125 octets");
return;
}
//不为控制帧
// check for reserved control frame opcodes
if (!(frameOpcode == OPCODE_CLOSE || frameOpcode == OPCODE_PING
|| frameOpcode == OPCODE_PONG)) {
protocolViolation(ctx, in, "control frame using reserved opcode " + frameOpcode);
return;
}
//关闭帧有内容的话，必须是2个字节的无符号整形表示状态码
// close frame : if there is a body, the first two bytes of the
// body MUST be a 2-byte unsigned integer (in network byte
// order) representing a getStatus code
if (frameOpcode == 8 && framePayloadLen1 == 1) {
protocolViolation(ctx, in, "received close control frame with payload len 1");
return;
}
} else { // data frame 数据帧，不是持续，文本，二进制帧的话也违反协议了
// check for reserved data frame opcodes
if (!(frameOpcode == OPCODE_CONT || frameOpcode == OPCODE_TEXT
|| frameOpcode == OPCODE_BINARY)) {
protocolViolation(ctx, in, "data frame using reserved opcode " + frameOpcode);
return;
}
// check opcode vs message fragmentation state 1/2
if (fragmentedFramesCount == 0 && frameOpcode == OPCODE_CONT) {//是持续帧，帧个数为0
protocolViolation(ctx, in, "received continuation data frame outside fragmented message");
return;
}
//帧的端数不为0，但是不是持续帧，也不是ping
// check opcode vs message fragmentation state 2/2
if (fragmentedFramesCount != 0 && frameOpcode != OPCODE_CONT && frameOpcode != OPCODE_PING) {
protocolViolation(ctx, in,
"received non-continuation data frame while inside fragmented message");
return;
}
}
state = State.READING_SIZE;
protocolViolation违反协议
如果发现有违反协议的，直接把数据丢弃，如果通道没关闭，且设置了违反协议就关闭通道的话就发送关闭帧，抛出异常。
private void protocolViolation(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, CorruptedWebSocketFrameException ex) {
state = State.CORRUPT;//帧损坏的状态
int readableBytes = in.readableBytes();
if (readableBytes > 0) {
in.skipBytes(readableBytes);//略过，能帮助释放内存
}
if (ctx.channel().isActive() && config.closeOnProtocolViolation()) {//帧坏了就关闭通道
Object closeMessage;
if (receivedClosingHandshake) {
closeMessage = Unpooled.EMPTY_BUFFER;//空帧
} else {
WebSocketCloseStatus closeStatus = ex.closeStatus();
String reasonText = ex.getMessage();
if (reasonText == null) {
reasonText = closeStatus.reasonText();
}
closeMessage = new CloseWebSocketFrame(closeStatus, reasonText);//封装成关闭帧
}
ctx.writeAndFlush(closeMessage).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);//发出去，成功后关闭通道
}
throw ex;//抛出异常
}
READING_SIZE
这个就是我前面说的处理长度的几种情况。
case READING_SIZE://处理长度
//如果是126的话，紧跟着后面需要有两个字节的长度
// Read frame payload length
if (framePayloadLen1 == 126) {
if (in.readableBytes() < 2) {
return;
}
framePayloadLength = in.readUnsignedShort();//读取2次节长度
if (framePayloadLength < 126) {//长度无效
protocolViolation(ctx, in, "invalid data frame length (not using minimal length encoding)");
return;
}
} else if (framePayloadLen1 == 127) {//如果是127，后面需要8个字节
if (in.readableBytes() < 8) {
return;
}
framePayloadLength = in.readLong();
// TODO: check if it's bigger than 0x7FFFFFFFFFFFFFFF, Maybe
// just check if it's negative?
if (framePayloadLength < 65536) {//小于等于2字节的
protocolViolation(ctx, in, "invalid data frame length (not using minimal length encoding)");
return;
}
} else {
framePayloadLength = framePayloadLen1;//0-125的情况
}
//大于最大长度默认65536
if (framePayloadLength > config.maxFramePayloadLength()) {
protocolViolation(ctx, in, WebSocketCloseStatus.MESSAGE_TOO_BIG,
"Max frame length of " + config.maxFramePayloadLength() + " has been exceeded.");
return;
}
if (logger.isTraceEnabled()) {
logger.trace("Decoding WebSocket Frame length={}", framePayloadLength);
}
state = State.MASKING_KEY;
MASKING_KEY
解析出掩码，其实这个掩码加密解密只是用了异或^。
case MASKING_KEY://解析掩码
if (frameMasked) {//有掩码 4字节的
if (in.readableBytes() < 4) {
return;
}
if (maskingKey == null) {
maskingKey = new byte[4];
}
in.readBytes(maskingKey);
}
state = State.PAYLOAD;
PAYLOAD
有掩码先解码，然后根据不同的Opcode类型封装成对应的帧数据。
case PAYLOAD://解析数据
if (in.readableBytes() < framePayloadLength) {
return;
}
ByteBuf payloadBuffer = null;
try {
payloadBuffer = readBytes(ctx.alloc(), in, toFrameLength(framePayloadLength));
// Now we have all the data, the next checkpoint must be the next
// frame
state = State.READING_FIRST;//回到初始要解析的状态
// Unmask data if needed
if (frameMasked) {//如果有掩码，要解码
unmask(payloadBuffer);
}
// Processing ping/pong/close frames because they cannot be
// fragmented
if (frameOpcode == OPCODE_PING) {//如果是ping
out.add(new PingWebSocketFrame(frameFinalFlag, frameRsv, payloadBuffer));
payloadBuffer = null;
return;
}
if (frameOpcode == OPCODE_PONG) {//如果是pong
out.add(new PongWebSocketFrame(frameFinalFlag, frameRsv, payloadBuffer));
payloadBuffer = null;
return;
}
if (frameOpcode == OPCODE_CLOSE) {//收到关闭帧，也要回一个关闭帧
receivedClosingHandshake = true;
checkCloseFrameBody(ctx, payloadBuffer);
out.add(new CloseWebSocketFrame(frameFinalFlag, frameRsv, payloadBuffer));
payloadBuffer = null;
return;
}
// Processing for possible fragmented messages for text and binary
// frames
if (frameFinalFlag) {//是最后一帧
// Final frame of the sequence. Apparently ping frames are
// allowed in the middle of a fragmented message
if (frameOpcode != OPCODE_PING) {//允许中间发心跳帧，心跳帧不算，不是心跳帧才要清零
fragmentedFramesCount = 0;
}
} else {
// Increment counter
fragmentedFramesCount++;//帧个数+1，为持续帧
}
// Return the frame
if (frameOpcode == OPCODE_TEXT) {//文本类型
out.add(new TextWebSocketFrame(frameFinalFlag, frameRsv, payloadBuffer));
payloadBuffer = null;
return;
} else if (frameOpcode == OPCODE_BINARY) {//二进制
out.add(new BinaryWebSocketFrame(frameFinalFlag, frameRsv, payloadBuffer));
payloadBuffer = null;
return;
} else if (frameOpcode == OPCODE_CONT) {//持续帧
out.add(new ContinuationWebSocketFrame(frameFinalFlag, frameRsv,
payloadBuffer));
payloadBuffer = null;
return;
} else {
throw new UnsupportedOperationException("Cannot decode web socket frame with opcode: "
+ frameOpcode);
}
} finally {
if (payloadBuffer != null) {//没有解析出来要释放
payloadBuffer.release();
}
}
unmask解码
其实就是取出4字节掩码，封装成一个整数，然后跟数据进行每次8位的轮询的异或运算解码。
private void unmask(ByteBuf frame) {
int i = frame.readerIndex();
int end = frame.writerIndex();
ByteOrder order = frame.order();
// Remark: & 0xFF is necessary because Java will do signed expansion from
// byte to int which we don't want.
int intMask = ((maskingKey[0] & 0xFF) << 24)
| ((maskingKey[1] & 0xFF) << 16)
| ((maskingKey[2] & 0xFF) << 8)
| (maskingKey[3] & 0xFF);
if (order == ByteOrder.LITTLE_ENDIAN) {
intMask = Integer.reverseBytes(intMask);
}
for (; i + 3 < end; i += 4) {
int unmasked = frame.getInt(i) ^ intMask;
frame.setInt(i, unmasked);
}
for (; i < end; i++) {
frame.setByte(i, frame.getByte(i) ^ maskingKey[i % 4]);
}
}
CORRUPT
一般是有违反协议了，就丢弃了，但是就怕其他问题要读一帧，不然父类处理会出问题。
case CORRUPT://帧坏了
if (in.isReadable()) {
// If we don't keep reading Netty will throw an exception saying
// we can't return null if no bytes read and state not changed.
in.readByte();//要读一下，否则父类会报错
}
return;
问题在于父类ByteToMessageDecoder的callDecode中有：
如果没读的话就会报异常啦。不过搜寻能转为CORRUPT的只有违反协议的方法，那个方法里面还是有略过读数据的，不会导致父类报错，我估计是如果自己手动操作状态为CORRUPT，可能是要读一下的。
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