Java基于Netty实现Http server的实战

HTTP协议基础知识

HTTP（超文本传输协议，英文：HyperText Transfer Protocol，缩写：HTTP）是基于TCP/IP协议的应用层的协议，常用于分布式、协作式和超媒体信息系统的应用层协议。

http协议的主要特点：
（1）支持CS（客户端/服务器）模式。
（2）使用简单，指定URL并携带必要的参数即可。
（3）灵活。传输非常多类型的数据对象，通过Content-Type指定即可。
（4）无状态。

我们日常浏览器输入一个url，请求服务器就是用的http协议，url的格式如下：

http请求体的组成：

• 方法
• uri
• http版本
• 参数

请求方法：

• GET 请求获取Request-URI所标识的资源
• POST 在Request-URI所标识的资源后附加新的数据
• HEAD 请求获取由Request-URI所标识的资源的响应消息报头
• PUT 请求服务器存储一个资源，并用Request-URI作为其标识
• DELETE 请求服务器删除Request-URI所标识的资源
• TRACE 请求服务器回送收到的请求信息，主要用于测试或诊断
• CONNECT 保留将来使用
• OPTIONS 请求查询服务器的性能，或者查询与资源相关的选项和需求

响应状态码：

• 1xx Informational
• 2xx Success
• 3xx Redirection
• 4xx Client Error
• 5xx Server Error

HTTP 1 VS HTTP 2:
http 1不支持长连接，每次请求建立连接，响应后就关闭连接。HTTP2支持长连接，连接复用。

Netty的http协议栈

netty提供了对http/https协议的支持，我们可以基于netty很容易写出http应用程序。
（1）编解码

• HttpRequestEncoder 对 HTTP 请求进行编码，用于客户端出参
• HttpResponseEncoder 对 HTTP 响应进行编码，用于服务端出参
• HttpRequestDecoder 对 HTTP 请求进行解码，用于服务端入参处理
• HttpResponseDecoder 对 HTTP 响应进行解码，用于客户端对响应结果解析解析

（2）请求体FullHttpRequest和响应体FullHttpResponse
FullHttpRequest

• HttpRequest：请求头信息对象；
• HttpContent：请求正文对象，一个 FullHttpRequest 中可以包含多个 HttpContent；
• LastHttpContent：标记请求正文的结束，可能会包含请求头的尾部信息；

FullHttpResponse

• HttpResponse：响应头信息对象；
• HttpContent：响应正文对象，一个 FullHttpResponse 中可以包含多个 HttpContent；
• LastHttpContent：标记响应正文的结束，可能会包含响应头的尾部信息；

（3）HttpObjectAggregator-http消息聚合器

http的post请求包含3部分：

• request line（method、uri、protocol version）
• header
• body

HttpObjectAggregator能够把多个部分整合在一个java对象中（另外消息体比较大的时候，还可能会分成多个消息，都会被聚合成一个整体对象），方便使用。

基于Netty实现http server

整体架构设计：

核心类SimpleHttpServer：

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.http.HttpObjectAggregator;
import io.netty.handler.codec.http.HttpRequestDecoder;
import io.netty.handler.codec.http.HttpResponseEncoder;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
 
/**
 * http server based netty
 *
 * @author summer
 * @version $Id: SimpleHttpServer.java, v 0.1 2022年01月26日 9:34 AM summer Exp $
 */
@Slf4j
public class SimpleHttpServer {
 
    /**
     * host
     */
    private final static String host = "127.0.0.1";
 
    /**
     * 端口号
     */
    private final static Integer port = 8085;
 
    /**
     * netty服务端启动方法
     */
    public void start() {
        log.info("SimpleHttpServer start begin ");
 
        EventLoopGroup bossEventLoopGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        EventLoopGroup workerEventLoopGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap()
                    .group(bossEventLoopGroup, workerEventLoopGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    //开启tcp nagle算法
                    .childOption(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)
                    //开启长连接
                    .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true)
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel c) {
                            c.pipeline().addLast(new HttpRequestDecoder())
                                    .addLast(new HttpResponseEncoder())
                                    .addLast(new HttpObjectAggregator(512 * 1024))
                                    .addLast(new SimpleHttpServerHandler());
 
                        }
                    });
 
            ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(host, port).sync();
 
            log.info("SimpleHttpServer start at port " + port);
 
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } catch (Exception e) {
            log.error("SimpleHttpServer start exception,", e);
        } finally {
            log.info("SimpleHttpServer shutdown bossEventLoopGroup&workerEventLoopGroup gracefully");
            bossEventLoopGroup.shutdownGracefully();
            workerEventLoopGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

实际处理请求的netty handler是SimpleHttpServerHandler：

import com.alibaba.fastjson.JSON;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelFutureListener;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.handler.codec.http.*;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
 
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.List;
import java.util.Map;
 
/**
 * http服务端处理handler实现
 *
 * @author summer
 * @version $Id: SimpleHttpServerHandler.java, v 0.1 2022年01月26日 9:44 AM summer Exp $
 */
@Slf4j
public class SimpleHttpServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<FullHttpRequest> {
 
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, FullHttpRequest fullHttpRequest) {
        try {
            log.info("SimpleHttpServerHandler receive fullHttpRequest=" + fullHttpRequest);
 
            String result = doHandle(fullHttpRequest);
            log.info("SimpleHttpServerHandler,result=" + result);
            byte[] responseBytes = result.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
 
            FullHttpResponse response = new DefaultFullHttpResponse(HttpVersion.HTTP_1_0, HttpResponseStatus.OK,
                    Unpooled.wrappedBuffer(responseBytes));
            response.headers().set("Content-Type", "text/html; charset=utf-8");
            response.headers().setInt("Content-Length", response.content().readableBytes());
 
            boolean isKeepAlive = HttpUtil.isKeepAlive(response);
            if (!isKeepAlive) {
                ctx.write(response).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);
            } else {
                response.headers().set("Connection", "keep-alive");
                ctx.write(response);
            }
        } catch (Exception e) {
            log.error("channelRead0 exception,", e);
        }
    }
 
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
 
    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) {
        ctx.flush();
    }
 
    /**
     * 实际处理
     *
     * @param fullHttpRequest HTTP请求参数
     * @return
     */
    private String doHandle(FullHttpRequest fullHttpRequest) {
        if (HttpMethod.GET == fullHttpRequest.method()) {
            QueryStringDecoder queryStringDecoder = new QueryStringDecoder(fullHttpRequest.uri());
            Map<String, List<String>> params = queryStringDecoder.parameters();
            return JSON.toJSONString(params);
        } else if (HttpMethod.POST == fullHttpRequest.method()) {
            return fullHttpRequest.content().toString();
        }
 
        return "";
    }
}

在主线程中启动服务端：

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
 
@SpringBootApplication
public class SimplehttpserverApplication {
 
    public static void main(String[] args) {
        SimpleHttpServer simpleHttpServer = new SimpleHttpServer();
        simpleHttpServer.start();
 
        SpringApplication.run(SimplehttpserverApplication.class, args);
    }
}

启动成功：

利用postman工具发起http请求进行测试，这里简单测试get请求：
http://127.0.0.1:8085/?name=name1&value=v2

服务端日志也打印出了处理情况，处理正常：

19:24:59.629 [nioEventLoopGroup-3-3] INFO com.summer.simplehttpserver.SimpleHttpServerHandler - SimpleHttpServerHandler receive fullHttpRequest=HttpObjectAggregator$AggregatedFullHttpRequest(decodeResult: success, version: HTTP/1.1, content: CompositeByteBuf(ridx: 0, widx: 0, cap: 0, components=0))
GET /?name=name1&value=v2 HTTP/1.1
User-Agent: PostmanRuntime/7.26.8
Accept: */*
Cache-Control: no-cache
Postman-Token: 7dda7e2d-6f76-4008-8b74-c2b7d78f4b2e
Host: 127.0.0.1:8085
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Connection: keep-alive
content-length: 0
19:24:59.629 [nioEventLoopGroup-3-3] INFO com.summer.simplehttpserver.SimpleHttpServerHandler - SimpleHttpServerHandler,result={"name":["name1"],"value":["v2"]}

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