netty 系列之:netty 对 http2 消息的封装

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 frameHEADERS framePRIORITY frameRST_STREAM frameSETTINGS acknowledgment frameSETTINGS framePING framePING acknowledgmentPUSH_PROMISE frameGO_AWAY frameWINDOW_UPDATE frameUnknown 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。

Http2Framestream 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/

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