netty对proxy protocol代理协议的支持详解
作者：程序那些事
简介
我们知道proxy protocol是haproxy提出的一个代理协议，通过这个协议,所有实现这个协议的proxy或者LBS,都可以附带真实客户端的IP地址和端口号，这使得proxy protocol在实际应用中非常有用。
这么优秀的协议，没有理由netty不支持。本文将会谈一下netty中对proxy protoco代理协议的支持。
netty对proxy protocol协议的支持
proxy protocol协议其实很简单，就是在请求前面带了proxy header信息。
在netty中这个header信息叫做HAProxyMessage：
public final class HAProxyMessage extends AbstractReferenceCounted {
HAProxyMessage是一个ReferenceCounted，这一点和ByteBuf很类似，说明HAProxyMessage保留着和ByteBuf很类似的特性。
根据proxy protocol协议，该协议可以分为两个版本，分别是v1和v2,其中v1版本是文本协议，而v2版本支持二进制的格式。
显然从代码编写和调试的角度来看v1更加友好，但是从程序的角度来看,v2可能性能更高。
HAProxyMessage中有个专门的HAProxyProtocolVersion类，来表示proxy protocol的版本信息：
public enum HAProxyProtocolVersion {
V1(VERSION_ONE_BYTE),
V2(VERSION_TWO_BYTE);
HAProxyProtocolVersion是一个枚举类，在它里面定义了和proxy协议相对应的两个版本号。
在版本号之后是command，在netty中用HAProxyCommand来表示：
public enum HAProxyCommand {
LOCAL(HAProxyConstants.COMMAND_LOCAL_BYTE),
PROXY(HAProxyConstants.COMMAND_PROXY_BYTE);
HAProxyCommand也是一个枚举类，里面定义了两个command的值，分别是local和proxy。
其中local表示该请求是代理服务器主动发起的，而不是客户端发起的，比如监控检测等请求。
proxy表示该请求是一个代理请求。
接下来是AddressFamily和TransportProtocol,这两个字段用同一个byte来表示，所以这两个类都是HAProxyProxiedProtocol的内部类。
先看下AddressFamily的定义：
public enum AddressFamily {
AF_UNSPEC(AF_UNSPEC_BYTE),
AF_IPv4(AF_IPV4_BYTE),
AF_IPv6(AF_IPV6_BYTE),
AF_UNIX(AF_UNIX_BYTE);
AddressFamily中定义了4个address family类型，分别是unspec,ipv4,ipv6和unix。分别对应未知family,ipv4,ipv6和unix domain socket。
再看下TransportProtocol的定义：
public enum TransportProtocol {
UNSPEC(TRANSPORT_UNSPEC_BYTE),
STREAM(TRANSPORT_STREAM_BYTE),
DGRAM(TRANSPORT_DGRAM_BYTE);
TransportProtocol有3个值，分别是unspec,stream和dgram。分别对应未知协议，http/https协议，udp/tcp协议。
因为AddressFamily和TransportProtocol实际上是同一个byte，所以经过组合之后可以得到下面的几个枚举值：
UNKNOWN(TPAF_UNKNOWN_BYTE, AddressFamily.AF_UNSPEC, TransportProtocol.UNSPEC),
TCP4(TPAF_TCP4_BYTE, AddressFamily.AF_IPv4, TransportProtocol.STREAM),
TCP6(TPAF_TCP6_BYTE, AddressFamily.AF_IPv6, TransportProtocol.STREAM),
UDP4(TPAF_UDP4_BYTE, AddressFamily.AF_IPv4, TransportProtocol.DGRAM),
UDP6(TPAF_UDP6_BYTE, AddressFamily.AF_IPv6, TransportProtocol.DGRAM),
UNIX_STREAM(TPAF_UNIX_STREAM_BYTE, AddressFamily.AF_UNIX, TransportProtocol.STREAM),
UNIX_DGRAM(TPAF_UNIX_DGRAM_BYTE, AddressFamily.AF_UNIX, TransportProtocol.DGRAM);
以上的枚举值也是HAProxyProxiedProtocol中定义的值。
接下就是源ip地址，目标地ip地址，源端口和目标端口这几个值，定义为属性表示如下：
private final String sourceAddress;
private final String destinationAddress;
private final int sourcePort;
private final int destinationPort;
最后，proxy protocol中还可以包含额外的字段tlv，tlv在netty中也是一种byteBuf，使用HAProxyTLV表示：
public class HAProxyTLV extends DefaultByteBufHolder
因为tlv是key value结构，所以看下HAProxyTLV的构造函数：
public HAProxyTLV(Type type, ByteBuf content) {
this(type, Type.byteValueForType(type), content);
}
HAProxyTLV接受一个type和byteBuf的value。
Type是一个枚举类，在netty中可以支持下面的值：
public enum Type {
PP2_TYPE_ALPN,
PP2_TYPE_AUTHORITY,
PP2_TYPE_SSL,
PP2_TYPE_SSL_VERSION,
PP2_TYPE_SSL_CN,
PP2_TYPE_NETNS,
OTHER;
在HAProxyMessage中，tlv是一个list来保存的：
private final List<HAProxyTLV> tlvs;
到此，所有HAProxyMessage所需要的参数都齐了，我们看下HAProxyMessage的构造函数：
public HAProxyMessage(
HAProxyProtocolVersion protocolVersion, HAProxyCommand command, HAProxyProxiedProtocol proxiedProtocol,
String sourceAddress, String destinationAddress, int sourcePort, int destinationPort,
List<? extends HAProxyTLV> tlvs)
HAProxyMessage会将所有的参数都存储到本地的变量中，供后续使用。
因为proxy protocol有两个版本，v1和v2，所以HAProxyMessage中提供了两个将header编码为AProxyMessage对象的方法，分别是：
static HAProxyMessage decodeHeader(ByteBuf header)
和：
static HAProxyMessage decodeHeader(String header)
有了proxy protocol的java表示之后，我们再来看一下HAProxyMessage的编码解码器。
HAProxyMessage的编码解码器
netty对HAProxyMessage对象的支持表现在两个地方，netty提供了两个类分别对HAProxyMessage进行编码和解码，这两个类是HAProxyMessageEncoder和HAProxyMessageDecoder。
先看一下HAProxyMessageEncoder:
public final class HAProxyMessageEncoder extends MessageToByteEncoder<HAProxyMessage>
HAProxyMessageEncoder继承自MessageToByteEncoder，传入的泛型是HAProxyMessage，表示是将HAProxyMessage编码成为ByteBuf。
它的encode方法很简单，根据HAProxyMessage传入的message版本信息，分别进行编码：
protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, HAProxyMessage msg, ByteBuf out) throws Exception {
switch (msg.protocolVersion()) {
case V1:
encodeV1(msg, out);
break;
case V2:
encodeV2(msg, out);
break;
default:
throw new HAProxyProtocolException("Unsupported version: " + msg.protocolVersion());
}
}
HAProxyMessageDecoder是跟HAProxyMessageEncoder相反的动作，是将接收到的ByteBuf解析成为HAProxyMessage：
public class HAProxyMessageDecoder extends ByteToMessageDecoder
因为HAProxyMessage有两个版本，那么怎么判断接收到的ByeBuf是哪个版本呢？
其实很简单，因为v1版本和v2版本的开始字符是不一样的，v1版本的开头是一个text:"PROXY", v2版本的开头是一个固定的二进制串,如下所示：
static final byte[] BINARY_PREFIX = {
(byte) 0x0D,
(byte) 0x0A,
(byte) 0x0D,
(byte) 0x0A,
(byte) 0x00,
(byte) 0x0D,
(byte) 0x0A,
(byte) 0x51,
(byte) 0x55,
(byte) 0x49,
(byte) 0x54,
(byte) 0x0A
};
static final byte[] TEXT_PREFIX = {
(byte) 'P',
(byte) 'R',
(byte) 'O',
(byte) 'X',
(byte) 'Y',
};
看下它的decode方法实现：
protected final void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List<Object> out) throws Exception {
if (version == -1) {
if ((version = findVersion(in)) == -1) {
return;
}
}
ByteBuf decoded;
if (version == 1) {
decoded = decodeLine(ctx, in);
} else {
decoded = decodeStruct(ctx, in);
}
if (decoded != null) {
finished = true;
try {
if (version == 1) {
out.add(HAProxyMessage.decodeHeader(decoded.toString(CharsetUtil.US_ASCII)));
} else {
out.add(HAProxyMessage.decodeHeader(decoded));
}
} catch (HAProxyProtocolException e) {
fail(ctx, null, e);
}
}
}
上面代码的逻辑是先从ByteBuf中根据版本号decode出header信息放到ByteBuf中。
然后再根据版本号的不同，分别调用HAProxyMessage的两个不同版本的decodeHeader方法进行解码。最终得到HAProxyMessage。
netty中proxy protocol的代码示例
有了netty对proxy protocol的支持，那么在netty中搭建支持proxy protocol的服务器和客户端就很容易了。
先看一下如何搭建支持proxy protocol的服务器：
private static void startServer(int port) throws InterruptedException {
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
try {
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
b.group(bossGroup, workerGroup)
.channel(NioServerSocketChannel.class)
.handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
.childHandler(new ServerInitializer());
b.bind(port).sync().channel().closeFuture().sync();
} finally {
bossGroup.shutdownGracefully();
workerGroup.shutdownGracefully();
}
}
代码和常规的netty server一样，这里使用了NioEventLoopGroup和NioServerSocketChannel,搭建了一个支持TCP协议的netty服务器。
ServerInitializer中包含了netty自带的HAProxy编码器和自定义的消息处理器：
class ServerInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
@Override
public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
ch.pipeline().addLast(
new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG),
new HAProxyMessageDecoder(),
new SimpleChannelInboundHandler() {
@Override
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
if (msg instanceof HAProxyMessage) {
log.info("proxy message is : {}", msg);
} else if (msg instanceof ByteBuf) {
log.info("bytebuf message is : {}", ByteBufUtil.prettyHexDump((ByteBuf) msg));
}
}
});
}
}
这里使用netty自带的HAProxyMessageDecoder，用来将ByteBuf消息解码为HAProxyMessage，然后在自定义的SimpleChannelInboundHandler中对HAProxyMessage进行处理。
这里的服务器可以处理两种消息，一种是HAProxyMessage，一种是原始的ByteBuf。处理的结果就是将消息打印出来。
然后看下客户端的定义：
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
Bootstrap b = new Bootstrap();
b.group(group)
.channel(NioSocketChannel.class)
.handler(new ClientHander());
Channel ch = b.connect(host, port).sync().channel();
客户端使用的是EventLoopGroup和NioSocketChannel，是基于TCP协议的请求。
这里添加了自定义的handler：ClientHander,ClientHander继承自ChannelOutboundHandlerAdapter用来对client发出的消息进行处理。
这里看一下它的handlerAdded方法：
public void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
ctx.pipeline().addBefore(ctx.name(), null, HAProxyMessageEncoder.INSTANCE);
super.handlerAdded(ctx);
}
可以看到handlerAdded方法向channelPipeline中添加了HAProxyMessageEncoder，用于编码HAProxyMessage。
因为对于一个connection来说，HAProxyMessage只需要用到一次，后续的正常消息就不需要这个编码器了，所以我们需要在write方法中监听HAProxyMessage的状态，如果写入成功之后，就从pipeline中移出HAProxyMessageEncoder和ClientHander。
public void write(final ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception {
ChannelFuture future1 = ctx.write(msg, promise);
if (msg instanceof HAProxyMessage) {
future1.addListener((ChannelFutureListener) future2 -> {
if (future2.isSuccess()) {
ctx.pipeline().remove(HAProxyMessageEncoder.INSTANCE);
ctx.pipeline().remove(ClientHander.this);
} else {
ctx.close();
}
});
}
}
最后我们构建了一个虚拟的HAProxyMessage，然后通过netty客户端进行发送：
HAProxyMessage message = new HAProxyMessage(
HAProxyProtocolVersion.V2, HAProxyCommand.PROXY, HAProxyProxiedProtocol.TCP4,
"127.0.0.1", "127.0.0.2", 8000, 9000);
ch.writeAndFlush(message).sync();
ch.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("this is a proxy protocol message!", CharsetUtil.UTF_8)).sync();
ch.close().sync();
总结
上面的代码只是一个简单的模拟proxy protocol在netty中的使用情况，并不代表上面的代码就可以在实际的项目中应用了。如果你想使用的话，可以在下面的代码上面继续丰富和完善。
本文的代码，大家可以参考：
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