WebSocket服务器的数据包解析和生成
一、主要目的
介绍用Java语言开发的对WebSocket协议的服务器的数据包解析和生成的代码。
二、主要代码
(一)数据包的封装
Data类是封装WebSocket的数据包。
public class Data{
/**
* 最终码标志
*/
private int fin;
/**
* 操作码
*/
private int opcode;
/**
* 掩码标志码，有掩码值为1，没有值为0
*/
private int hasmask;
/**
* 掩码
*/
private int mask;
/**
* 报文体的数据大小
*/
private long length;
/**
* 负载数据
*/
private byte[] body;
public Data() {
}
public int getFin() {
return fin;
}
public void setFin(int fin) {
this.fin = fin;
}
public int getOpcode() {
return opcode;
}
public void setOpcode(int opcode) {
this.opcode = opcode;
}
public int getHasmask() {
return hasmask;
}
public void setHasmask(int hasmask) {
this.hasmask = hasmask;
}
public int getMask() {
return mask;
}
public void setMask(int mask) {
this.mask = mask;
}
public long getLength() {
return length;
}
public void setLength(long length) {
this.length = length;
}
public byte[] getBody(){
return this.body;
}
public void setBody(byte[] data) {
this.body = data;
}
/**
* 编码WebSocket协议数据包的头部
*
* @return
*/
public byte[] encodeHead() {
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
int temp1 = 0x00;
// 如果是最终包，最高比特位设为1
if (fin == 1) {
temp1 = temp1 | 0x80;
}
// 设置opcode
temp1 = temp1 | (opcode & 0x0F);
baos.write(temp1);
int temp2 = 0x00;
// 如果有掩码，最高比特位设为1
if (hasmask == 1) {
temp2 = temp2 | 0x80;
}
// 设置长度
if (length < 126) {
int temp3 = (int) (length & 0x7F);
temp2 = temp2 | temp3;
// 长度只有7比特，没有扩展长度
baos.write(temp2);
} else if (length >= 126 && length <= 0xFFFF) {
temp2 = temp2 | 126;
baos.write(temp2);
// 输出2个字节的扩展长度
baos.write((int) (length >> 8));
baos.write((int) (length & 0xFF));
} else if (length > 0xFFFF) {
temp2 = temp2 | 127;
baos.write(temp2);
// 输出8个字节的扩展长度
baos.write((int) ((length >> 56) & 0xFF));
baos.write((int) (length >> 48));
baos.write((int) (length >> 40));
baos.write((int) (length >> 32));
baos.write((int) (length >> 24));
baos.write((int) (length >> 16));
baos.write((int) (length >> 8));
baos.write((int) (length & 0xFF));
}
// 含有掩码
if (hasmask == 1) {
baos.write(mask >> 24);
baos.write(mask >> 16);
baos.write(mask >> 8);
baos.write(mask & 0xFF);
}
return baos.toByteArray();
}
}
(二)工具类
public class Utils{
/**
* 读满字节数组的方法
* @param input 输入流
* @param data 字节数组* @param len 读取字节个数
* return 读取个数
*/
public static int readFull(InputStream input, byte[] data, int len) throws IOException{
// 记录是否到末尾
boolean isEOF = false;
// 总数
int total = 0;
while (total < len) {
int count = input.read(data, total, len - total);
if (count == -1) {
isEOF = true;
break;
}
total = total + count;
}
// 如果到末尾了，抛出异常
if (isEOF){
throw new EOFException("input stream is close.");
}
return total;
}
/**
* 读取一个WebSocket数据包
* @param input 输入流
* return 数据包 Data对象*/
public static Data readData(InputStream input) throws IOException {
Data data = new Data();
// 先读第一个字节
int temp = input.read();
if (temp == -1){
throw new EOFException("input stream is close.");
}
// 用 0x80进行位与判断是否为0x80，是设置fin为1，否则设置为0。
int result = temp & 0x80;
if (result == 0x80) {
data.setFin(1);
} else {
data.setFin(0);
}
// 忽略3比特保留。
// 获取右四位比特，设置为操作码。
data.setOpcode(temp & 0x0F);
// 读取第二个字节：
temp = input.read();
if (temp == -1){
throw new EOFException("input stream is close.");
}
// 0x80和它比较，如果为0x80，设置hasmask为1，否则为0。
result = temp & 0x80;
if (result == 0x80) {
data.setHasmask(1);
} else {
data.setHasmask(0);
}
// 用 0x7F进行位与运算获得值len；
long length = temp & 0x7F;
// 说明只有该7位比特指定的字节数
if (length == 126) {
// 读取后面连续的2个字节作为长度。
int temp1 = input.read();if (temp1 == -1){
throw new EOFException("input stream is close.");
}
length = temp1 << 8;
temp1 = input.read();
if (temp1 == -1){
throw new EOFException("input stream is close.");
}
length = length | temp1;
} else if (length == 127) {
// 如果等于127，后面8个字节都是长度。
byte[] buff = new byte[8];int size = input.read(buff, 0, 8);
if (size == -1){
throw new EOFException("input stream is close.");
}if (size < 8) {
// 记录剩余没有读取的字节数
int stay = 8 - size;
// 记录是否到末尾
boolean isEOF = false;
// 总数
int total = size;
while (stay > 0) {
int count = input.read(buff, total, stay);
if (count == -1) {
isEOF = true;
break;
}
total = total + count;
stay = 8 - total;
}
if (isEOF){
throw new EOFException("input stream is close.");
}
length = (buff[0] & 0xFFL) << 56;
length = ((buff[1] & 0xFFL) << 48) | length;
length = ((buff[2] & 0xFFL) << 40) | length;
length = ((buff[3] & 0xFFL) << 32) | length;
length = ((buff[4] & 0xFFL) << 24) | length;
length = ((buff[5] & 0xFFL) << 16) | length;
length = ((buff[6] & 0xFFL) << 8) | length;
length = (buff[7] & 0xFFL) | length;
}
}
// 设置长度
data.setLength(length);
//如果hasmask为1，读取连续的4个字节。
if (data.getHasmask() == 1) {
int temp4 = input.read();
if (temp4 == -1){
throw new EOFException();
}
int mask = (temp4 & 0xFF) << 24;
temp4 = input.read();
if (temp4 == -1){
throw new EOFException();
}
mask = mask | ((temp4 & 0xFF) << 16);temp4 = input.read();
if (temp4 == -1){
throw new EOFException();
}
mask = mask | ((temp4 & 0xFF) << 8);temp4 = input.read();
if (temp4 == -1){
throw new EOFException("input stream is close.");
}
mask = mask | (temp4 & 0xFF);
data.setMask(mask);
}
// 存放负载数据
byte[] body = new byte[(int) data.getLength()];
// 读满指定个数的字节
readFull(input, body, body.length);
// 掩码计算
if(data.getHasmask() == 1){
mask_data(data.getMask(), body, 0, body.length);
}
// 设置负载数据
data.setBody(body);
// 返回
return data;
}
/**
* 计算掩码的方法
* @param mask
* @param data
*/
public static void mask_data(int mask, byte[] data, int offset, int length){
// 定义4字节的数组
byte[] masks = new byte[4];
// 把mask的四字节获取，存入数组中
masks[0] = (byte) (mask >> 24);
masks[1] = (byte) (mask >> 16);
masks[2] = (byte) (mask >> 8);
masks[3] = (byte) (mask);
for (int k = offset; k < length; k++) {
if (k % 4 == 0){
data[k] = (byte) (data[k] ^ masks[0]);
} else if (k % 4 == 1){
data[k] = (byte) (data[k] ^ masks[1]);
} else if (k % 4 == 2){
data[k] = (byte) (data[k] ^ masks[2]);
} else if (k % 4 == 3){
data[k] = (byte) (data[k] ^ masks[3]);
}
}
}}
(三)发送数据类
Sender是自定义的数据发送类。
public class Sender{
// 输出流
private OutputStream out;
public(OutputStream out){
this.out = out;
}
/**
* 发送文本数据的方法* 把文本数据打包到一个WebSocket数据帧
* @param text 文本数据
*/public void sendText(String text) throws IOException{
// 1、创建默认的对象
Data unit = new Data();
// 2、设置为最终包
unit.setFin(1);
// 3、服务端没有掩码
unit.setHasmask(0);
// 4、设置操作码为1
unit.setOpcode(1);
// 5、设置长度
byte[] data = text.getBytes("UTF-8");
unit.setLength(data.length);
// 6、发送协议头
output.write(unit.encodeHead());
// 7、发送负载数据
output.write(data);
// 8、刷新缓冲
output.flush();
}
/**
* 发送二进制数据的方法* 把二进制数据打包到一个WebSocket数据帧
* @param data 字节序列数据
*/public void sendBinary(byte[] data) throws IOException{
// 1、创建默认的对象
Data unit = new Data();
// 2、设置为最终包
unit.setFin(1);
// 3、服务端没有掩码
unit.setHasmask(0);
// 4、设置操作码为2
unit.setOpcode(2);
// 5、设置长度
unit.setLength(data.length);
// 6、发送协议头
output.write(unit.encodeHead());
// 7、发送负载数据
output.write(data);
// 8、刷新缓冲
output.flush();
}
}
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