netty系列之:netty对http2消息的封装

2021-10-25

简介

无论是什么协议,如果要真正被使用的话,需要将该协议转换成为对应的语言才好真正的进行应用,本文将从http2消息的结构出发,探讨一下netty对http2消息的封装,带大家领略一下真正的框架应该做到什么程度。

http2消息的结构

http2和http1.1不同的是它使用了新的二进制分帧,通过客户端和服务器端建立数据流steam来进行客户端和服务器端之间消息的交互。其中数据流是一个双向字节流,用来发送一条或者多条消息。

消息是客户端和服务端发送的一个逻辑上完整的数据。根据数据大小的不同,可以将消息划分为不同的帧Frame。也就是说message是由不同的frame组成的。

frame就是http2中进行通信的最小单位,根据上一节的介绍,我们知道frame有这样几种:

  • DATA frame
  • HEADERS frame
  • PRIORITY frame
  • RST_STREAM frame
  • SETTINGS acknowledgment frame
  • SETTINGS frame
  • PING frame
  • PING acknowledgment
  • PUSH_PROMISE frame
  • GO_AWAY frame
  • WINDOW_UPDATE frame
  • Unknown Frame

我们看一下http2中stream和frame的一个大体的结构:

在http2中,一个TCP连接,可以承载多个数据流stream,多个stream中的不同frame可以交错发送。

每个frame通过stream id来标记其所属的stream。

有了上面的http2的基本概念,我们接下来就看下netty对http2的封装了。

netty对http2的封装

Http2Stream

作为一个TCP连接下面的最大的单位stream,netty中提供了接口Http2Stream。注意,Http2Stream是一个接口,它有两个实现类,分别是DefaultStream和ConnectionStream。

Http2Stream中有两个非常重要的属性,分别是id和state。

id前面已经介绍了,是stream的唯一标记。这里要注意由客户端建立的 Stream ID 必须是奇数,而由服务端建立的 Stream ID 必须是偶数。另外Stream ID 为 0 的流有特殊的作用,它是CONNECTION_STREAM_ID,1 表示HTTP_UPGRADE_STREAM_ID。

state表示stream的状态,具体而言,stream有下面几个状态:

        IDLE(false, false),
        RESERVED_LOCAL(false, false),
        RESERVED_REMOTE(false, false),
        OPEN(true, true),
        HALF_CLOSED_LOCAL(false, true),
        HALF_CLOSED_REMOTE(true, false),
        CLOSED(false, false);

为什么状态需要区分local和remote呢?这是因为stream连接的两端,所以有两端的状态。

和stream状态相对应的就是http2的生命周期了。netty提供了Http2LifecycleManager来表示对http2生命周期的管理:

    void closeStreamLocal(Http2Stream stream, ChannelFuture future);
    void closeStreamRemote(Http2Stream stream, ChannelFuture future);
    void closeStream(Http2Stream stream, ChannelFuture future);
    ChannelFuture resetStream(ChannelHandlerContext ctx, int streamId, long errorCode,
            ChannelPromise promise);
    ChannelFuture goAway(ChannelHandlerContext ctx, int lastStreamId, long errorCode,
            ByteBuf debugData, ChannelPromise promise);
    void onError(ChannelHandlerContext ctx, boolean outbound, Throwable cause);

分别是关闭stream,重置stream,拒绝新建stream:goAway,和处理出错状态这几种。

Http2Frame

stream之后,就是真实承载http2消息的Http2Frame了。在netty中,Http2Frame是一个接口,它有很多具体的实现。

Http2Frame的直接子类包括HTTP2GoAwayFrame、HTTPPingFrame、Http2SettingsFrame和HTTP2SettingsAckFrame。

其中goAway表示不接受新的stream,ping用来进行心跳检测。SETTINGS用来修改连接或者 Stream 流的配置。

netty中专门有一个Http2Settings类和其对应。

在这个类中定义了一些特别的setting名字:

SETTINGS 名字 含义
SETTINGS_HEADER_TABLE_SIZE 对端索引表的最大尺寸
SETTINGS_ENABLE_PUSH 是否启用服务器推送功能
SETTINGS_MAX_CONCURRENT_STREAMS 接收端允许的最大并发 Stream 数量
SETTINGS_INITIAL_WINDOW_SIZE 发送端的窗口大小,用于 Stream 级别流控
SETTINGS_MAX_FRAME_SIZE 设置帧的最大大小
SETTINGS_MAX_HEADER_LIST_SIZE 对端头部索引表的最大尺寸

除了上面讲的4个frame之外,其他的frame实现都继承自Http2StreamFrame,具体而言有PriorityFrame,ResetFrame,HeadersFrame,DataFrame,WindowUpdateFrame,PushPromiseFrame和UnknownFrame。

各个frame分别代表了不同的功能。这里最重要的就是Http2HeadersFrame和Http2DataFrame。

Http2HeadersFrame主要是客户端发送给服务器端的http2请求。

具体而言除了标准的http1.1的header之外,http2还支持下面的header:

      METHOD(":method", true),

        SCHEME(":scheme", true),

        AUTHORITY(":authority", true),

        PATH(":path", true),

        STATUS(":status", false),

        PROTOCOL(":protocol", true);

对于Http2DataFrame来说,他本身是一个ByteBufHolder,用来传递具体的数据信息。data frame的Payload直接存储在ByteBuf中。

总结

以上就是netty对http2消息的封装了。

本文的例子可以参考:learn-netty4

本文已收录于 http://www.flydean.com/28-netty-wrap-http2/

最通俗的解读,最深刻的干货,最简洁的教程,众多你不知道的小技巧等你来发现!

欢迎关注我的公众号:「程序那些事」,懂技术,更懂你!