Proxyee代码阅读

简介: 本篇文章主要讲述了对开源项目proxyee的代码阅读

背景信息

主要功能

Proxyee 是一个 JAVA 编写的 HTTP 代理服务器类库,支持 HTTP、HTTPS、Websocket 协议,并且支持 MITM(中间人攻击),可以对 HTTP、HTTPS 协议的报文进行捕获和篡改。

获取地址

https://github.com/monkeyWie/proxyee

使用方式

在pom中加入如下依赖

<dependency>
    <groupId>com.github.monkeywie</groupId>
    <artifactId>proxyee</artifactId>
    <version>1.5.4</version>
</dependency>

源码阅读

代码结构

java模块

image.png
一个很清晰简单的单模块maven项目

test模块

image.png
这里面包含了十余种示例来示范如何使用proxyee

pom依赖

<dependencies>
        <dependency>
            <groupId>io.netty</groupId>
            <artifactId>netty-buffer</artifactId>
            <version>${netty.version}</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>io.netty</groupId>
            <artifactId>netty-codec</artifactId>
            <version>${netty.version}</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>io.netty</groupId>
            <artifactId>netty-codec-http</artifactId>
            <version>${netty.version}</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>io.netty</groupId>
            <artifactId>netty-handler</artifactId>
            <version>${netty.version}</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>io.netty</groupId>
            <artifactId>netty-handler-proxy</artifactId>
            <version>${netty.version}</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.bouncycastle</groupId>
            <artifactId>bcpkix-jdk15on</artifactId>
            <version>1.58</version>
        </dependency>
    </dependencies>

依赖内容相当简洁,只有netty和bouncycastle
引入netty模块主要是用于代理服务器的实现
bouncycastle是一种用于 Java 平台的开放源码的轻量级密码术包;它支持大量的密码术算法,并提供JCE 1.2.1的实现。

启动

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        HttpProxyServerConfig config = new HttpProxyServerConfig();
        config.setHandleSsl(true);
        new HttpProxyServer()
                .serverConfig(config)
               .proxyInterceptInitializer(new HttpProxyInterceptInitializer() {
                    @Override
                    public void init(HttpProxyInterceptPipeline pipeline) {
                        pipeline.addLast(new CertDownIntercept());  //处理证书下载
                        pipeline.addLast(new HttpProxyIntercept() {
                            @Override
                            public void beforeRequest(Channel clientChannel, HttpRequest httpRequest,
                                                      HttpProxyInterceptPipeline pipeline) throws Exception {
                                //替换UA,伪装成手机浏览器
                /*httpRequest.headers().set(HttpHeaderNames.USER_AGENT,
                    "Mozilla/5.0 (iPhone; CPU iPhone OS 9_1 like Mac OS X) AppleWebKit/601.1.46 (KHTML, like Gecko) Version/9.0 Mobile/13B143 Safari/601.1");*/
                                //转到下一个拦截器处理
                                pipeline.beforeRequest(clientChannel, httpRequest);
                            }

                            @Override
                            public void afterResponse(Channel clientChannel, Channel proxyChannel,
                                                      HttpResponse httpResponse, HttpProxyInterceptPipeline pipeline) throws Exception {

                                //拦截响应,添加一个响应头
                                httpResponse.headers().add("intercept", "test");
                                //转到下一个拦截器处理
                                pipeline.afterResponse(clientChannel, proxyChannel, httpResponse);
                            }
                        });
                    }
                })
                .httpProxyExceptionHandle(new HttpProxyExceptionHandle() {
                    @Override
                    public void beforeCatch(Channel clientChannel, Throwable cause) throws Exception {
                        cause.printStackTrace();
                    }

                    @Override
                    public void afterCatch(Channel clientChannel, Channel proxyChannel, Throwable cause)
                            throws Exception {
                        cause.printStackTrace();
                    }
                })
                .start(9999);
    }

这是代码中Test模块的InterceptHttpProxyServer类,这个类提供了调用的示例,我们以此来研究服务启动的过程。
首先我们来看start方法

  public void start(int port) {
        start(null, port);
    }

    public void start(String ip, int port) {
        try {
            ChannelFuture channelFuture = doBind(ip, port);
            CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
            channelFuture.addListener(future -> {
                if (future.cause() != null) {
                    httpProxyExceptionHandle.startCatch(future.cause());
                }
                latch.countDown();
            });
            latch.await();
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } catch (Exception e) {
            httpProxyExceptionHandle.startCatch(e);
        } finally {
            close();
        }
    }

我们来看doBind方法中做了些什么

private ChannelFuture doBind(String ip, int port) {
        init();
        bossGroup = new NioEventLoopGroup(serverConfig.getBossGroupThreads());
        workerGroup = new NioEventLoopGroup(serverConfig.getWorkerGroupThreads());
        ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
        bootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
                .channel(NioServerSocketChannel.class)
//                .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 100)
                .handler(new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG))
                .childHandler(new ChannelInitializer<Channel>() {

                    @Override
                    protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {
                        ch.pipeline().addLast("httpCodec", new HttpServerCodec());
                        ch.pipeline().addLast("serverHandle",
                                new HttpProxyServerHandler(serverConfig, proxyInterceptInitializer, proxyConfig,
                                        httpProxyExceptionHandle));
                    }
                });

        return ip == null ? bootstrap.bind(port) : bootstrap.bind(ip, port);
    }

首先调用了init()方法,

private void init() {
        if (serverConfig == null) {
            serverConfig = new HttpProxyServerConfig();
        }
        serverConfig.setProxyLoopGroup(new NioEventLoopGroup(serverConfig.getProxyGroupThreads()));

        if (serverConfig.isHandleSsl()) {
            try {
                serverConfig.setClientSslCtx(
                        SslContextBuilder.forClient().trustManager(InsecureTrustManagerFactory.INSTANCE)
                                .build());
                ClassLoader classLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
                X509Certificate caCert;
                PrivateKey caPriKey;
                if (caCertFactory == null) {
                    caCert = CertUtil.loadCert(classLoader.getResourceAsStream("ca.crt"));
                    caPriKey = CertUtil.loadPriKey(classLoader.getResourceAsStream("ca_private.der"));
                } else {
                    caCert = caCertFactory.getCACert();
                    caPriKey = caCertFactory.getCAPriKey();
                }
                //读取CA证书使用者信息
                serverConfig.setIssuer(CertUtil.getSubject(caCert));
                //读取CA证书有效时段(server证书有效期超出CA证书的,在手机上会提示证书不安全)
                serverConfig.setCaNotBefore(caCert.getNotBefore());
                serverConfig.setCaNotAfter(caCert.getNotAfter());
                //CA私钥用于给动态生成的网站SSL证书签证
                serverConfig.setCaPriKey(caPriKey);
                //生产一对随机公私钥用于网站SSL证书动态创建
                KeyPair keyPair = CertUtil.genKeyPair();
                serverConfig.setServerPriKey(keyPair.getPrivate());
                serverConfig.setServerPubKey(keyPair.getPublic());
            } catch (Exception e) {
                serverConfig.setHandleSsl(false);
                log.warn("SSL init fail,cause:" + e.getMessage());
            }
        }
        if (proxyInterceptInitializer == null) {
            proxyInterceptInitializer = new HttpProxyInterceptInitializer();
        }
        if (httpProxyExceptionHandle == null) {
            httpProxyExceptionHandle = new HttpProxyExceptionHandle();
        }
    }

在这里主要是进行了SSL证书相关的操作和初始化,对proxyInterceptInitializer和httpProxyExceptionHandle进行了判空处理,这里在此示例的main方法中已经进行了初始化。

    public HttpProxyServer proxyInterceptInitializer(
            HttpProxyInterceptInitializer proxyInterceptInitializer) {
        this.proxyInterceptInitializer = proxyInterceptInitializer;
        return this;
    }

    public HttpProxyServer httpProxyExceptionHandle(
            HttpProxyExceptionHandle httpProxyExceptionHandle) {
        this.httpProxyExceptionHandle = httpProxyExceptionHandle;
        return this;
    }

接着我们来看一下对于netty的操作

bossGroup = new NioEventLoopGroup(serverConfig.getBossGroupThreads());
workerGroup = new NioEventLoopGroup(serverConfig.getWorkerGroupThreads());

那么NioEventLoopGroup是何方神圣呢?
image.png
从这个类的名字来看,NioEventLoopGroup,它是一个无限循环(Loop),在循环中不断处理接收到的事件(Event),从设计上来看,EventLoop采用了一种协同设计,它建立在两个基本的API之上:Concurrent和Channel,也就是并发和网络。并发是因为它采用了线程池来管理大量的任务,并且这些任务可以并发的执行。其继承了EventExecutor接口,而EventExecutor就是一个事件的执行器。另外为了与Channel的事件进行交互,EventLoop继承了EventLoopGroup接口。
一个Netty服务端启动时,通常会有两个NioEventLoopGroup:一个是监听线程组,主要是监听客户端请求,另一个是工作线程组,主要是处理与客户端的数据
在这里,bossGroup专门用于监听客户端的连接事件,连接成功以后,workerGroup则会负责连接中发生的IO事件
最后用netty中的bootStrap启动了netty的服务端,并且建立了一个channel。

                                         @Override
                    protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {
                        ch.pipeline().addLast("httpCodec", new HttpServerCodec());
                        ch.pipeline().addLast("serverHandle",
                                new HttpProxyServerHandler(serverConfig, proxyInterceptInitializer, proxyConfig,
                                        httpProxyExceptionHandle));
                    }

在这里addLast中添加的是作者自定义的Netty IO handler。
第一步,添加了一个httpCodec的handler。这是Netty自带的提供http服务的handler。它是一个“全双工”handler,也就是既是一个InHandler,也是一个outHandler,负责把接收到的二进制请求反序列化成Http Request对象,并序列化Http Response。

然后,添加了一个“serverHandler”,类型是HttpProxyServerHandler,它也继承了Netty的ChannelInboundHandlerAdapter,所以它是一个处理IO请求的“拦截器”。

代理

我们主要来看HttpProxyServerHandler 这个类
他继承了ChannelInboundHandlerAdapter
我们来看作者override的方法

    @Override
    public void channelRead(final ChannelHandlerContext ctx, final Object msg) throws Exception {
        if (msg instanceof HttpRequest) {
            HttpRequest request = (HttpRequest) msg;
            // 第一次建立连接取host和端口号和处理代理握手
            if (status == 0) {
                requestProto = ProtoUtil.getRequestProto(request);
                if (requestProto == null) { // bad request
                    ctx.channel().close();
                    return;
                }
                // 首次连接处理
                if (serverConfig.getHttpProxyAcceptHandler() != null
                        && !serverConfig.getHttpProxyAcceptHandler().onAccept(request, ctx.channel())) {
                    status = 2;
                    ctx.channel().close();
                    return;
                }
                // 代理身份验证
                if (!authenticate(ctx, request)) {
                    status = 2;
                    ctx.channel().close();
                    return;
                }
                status = 1;
                if ("CONNECT".equalsIgnoreCase(request.method().name())) {// 建立代理握手
                    status = 2;
                    HttpResponse response = new DefaultFullHttpResponse(HttpVersion.HTTP_1_1, HttpProxyServer.SUCCESS);
                    ctx.writeAndFlush(response);
                    ctx.channel().pipeline().remove("httpCodec");
                    // fix issue #42
                    ReferenceCountUtil.release(msg);
                    return;
                }
            }
            interceptPipeline = buildPipeline();
            interceptPipeline.setRequestProto(requestProto.copy());
            // fix issue #27
            if (request.uri().indexOf("/") != 0) {
                URL url = new URL(request.uri());
                request.setUri(url.getFile());
            }
            interceptPipeline.beforeRequest(ctx.channel(), request);
        } else if (msg instanceof HttpContent) {
            if (status != 2) {
                interceptPipeline.beforeRequest(ctx.channel(), (HttpContent) msg);
            } else {
                ReferenceCountUtil.release(msg);
                status = 1;
            }
        } else { // ssl和websocket的握手处理
            if (serverConfig.isHandleSsl()) {
                ByteBuf byteBuf = (ByteBuf) msg;
                if (byteBuf.getByte(0) == 22) {// ssl握手
                    requestProto.setSsl(true);
                    int port = ((InetSocketAddress) ctx.channel().localAddress()).getPort();
                    SslContext sslCtx = SslContextBuilder
                            .forServer(serverConfig.getServerPriKey(), CertPool.getCert(port, requestProto.getHost(), serverConfig)).build();
                    ctx.pipeline().addFirst("httpCodec", new HttpServerCodec());
                    ctx.pipeline().addFirst("sslHandle", sslCtx.newHandler(ctx.alloc()));
                    // 重新过一遍pipeline,拿到解密后的的http报文
                    ctx.pipeline().fireChannelRead(msg);
                    return;
                }
            }
            handleProxyData(ctx.channel(), msg, false);
        }
    }

在这里进行了一个判断msg是HttpRequest还是HttpContent或者都不是的情况。
HttpRequest时:
首先进行了是否是首次链接的判断,并进行链接和握手的处理包括身份的认证。然后初始化proxyee自定义的pipeline,最后调用beforeRequest(HttpRequest  msg)方法
我们来看看这个方法

public void beforeRequest(Channel clientChannel, HttpRequest httpRequest) throws Exception {
        this.httpRequest = httpRequest;
        if (this.posBeforeHead < intercepts.size()) {
            HttpProxyIntercept intercept = intercepts.get(this.posBeforeHead++);
            intercept.beforeRequest(clientChannel, this.httpRequest, this);
        }
        this.posBeforeHead = 0;
    }

这里采用递归的方法去把intercepts中存储的所有intercept拿出来并执行

HttpContent时:
调用了beforeRequest(HttpContent msg)方法

 public void beforeRequest(Channel clientChannel, HttpContent httpContent) throws Exception {
        if (this.posBeforeContent < intercepts.size()) {
            HttpProxyIntercept intercept = intercepts.get(this.posBeforeContent++);
            intercept.beforeRequest(clientChannel, httpContent, this);
        }
        this.posBeforeContent = 0;
    }

这里与上面beforeRequest(HttpRequest msg)没有太多区别

两者都不是时:
首先进行了ssl和websocket的握手处理,然后进行了proxyData的处理

我们再来看下HttpProxyInterceptPipeline这个作者自定义的pipeline,实现了Iterable接口,用于遍历HttpProxyIntercept。

    @Override
    public Iterator<HttpProxyIntercept> iterator() {
        return intercepts.iterator();
    }

我们再来看一下如何建立pipeline的

 private HttpProxyInterceptPipeline buildPipeline() {
        HttpProxyInterceptPipeline interceptPipeline = new HttpProxyInterceptPipeline(new HttpProxyIntercept() {
            @Override
            public void beforeRequest(Channel clientChannel, HttpRequest httpRequest, HttpProxyInterceptPipeline pipeline)
                    throws Exception {
                handleProxyData(clientChannel, httpRequest, true);
            }

            @Override
            public void beforeRequest(Channel clientChannel, HttpContent httpContent, HttpProxyInterceptPipeline pipeline)
                    throws Exception {
                handleProxyData(clientChannel, httpContent, true);
            }

            @Override
            public void afterResponse(Channel clientChannel, Channel proxyChannel, HttpResponse httpResponse,
                                      HttpProxyInterceptPipeline pipeline) throws Exception {
                clientChannel.writeAndFlush(httpResponse);
                if (HttpHeaderValues.WEBSOCKET.toString().equals(httpResponse.headers().get(HttpHeaderNames.UPGRADE))) {
                    // websocket转发原始报文
                    proxyChannel.pipeline().remove("httpCodec");
                    clientChannel.pipeline().remove("httpCodec");
                }
            }

            @Override
            public void afterResponse(Channel clientChannel, Channel proxyChannel, HttpContent httpContent,
                                      HttpProxyInterceptPipeline pipeline) throws Exception {
                clientChannel.writeAndFlush(httpContent);
            }
        });
        interceptInitializer.init(interceptPipeline);
        return interceptPipeline;
    }

这里加入了一个默认的HttpProxyIntercept,置于pipeline的队尾
用户在main方法中自定义的intercept实际上都在这个pipeline中,从第一个开始执行到默认的这个Intercept结束

handleProxyData中又干了写什么呢

private void handleProxyData(Channel channel, Object msg, boolean isHttp) throws Exception {
        if (cf == null) {
            // connection异常 还有HttpContent进来,不转发
            if (isHttp && !(msg instanceof HttpRequest)) {
                return;
            }
            if (interceptPipeline == null) {
                interceptPipeline = buildOnlyConnectPipeline();
                interceptPipeline.setRequestProto(requestProto.copy());
            }
            interceptPipeline.beforeConnect(channel);

            // by default we use the proxy config set in the pipeline
            ProxyHandler proxyHandler = ProxyHandleFactory.build(interceptPipeline.getProxyConfig() == null ?
                    proxyConfig : interceptPipeline.getProxyConfig());

            RequestProto requestProto = interceptPipeline.getRequestProto();
            if (isHttp) {
                HttpRequest httpRequest = (HttpRequest) msg;
                // 检查requestProto是否有修改
                RequestProto newRP = ProtoUtil.getRequestProto(httpRequest);
                if (!newRP.equals(requestProto)) {
                    // 更新Host请求头
                    if ((requestProto.getSsl() && requestProto.getPort() == 443)
                            || (!requestProto.getSsl() && requestProto.getPort() == 80)) {
                        httpRequest.headers().set(HttpHeaderNames.HOST, requestProto.getHost());
                    } else {
                        httpRequest.headers().set(HttpHeaderNames.HOST, requestProto.getHost() + ":" + requestProto.getPort());
                    }
                }
            }

            /*
             * 添加SSL client hello的Server Name Indication extension(SNI扩展) 有些服务器对于client
             * hello不带SNI扩展时会直接返回Received fatal alert: handshake_failure(握手错误)
             * 例如:https://cdn.mdn.mozilla.net/static/img/favicon32.7f3da72dcea1.png
             */
            ChannelInitializer channelInitializer = isHttp ? new HttpProxyInitializer(channel, requestProto, proxyHandler)
                    : new TunnelProxyInitializer(channel, proxyHandler);
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            bootstrap.group(serverConfig.getProxyLoopGroup()) // 注册线程池
                    .channel(NioSocketChannel.class) // 使用NioSocketChannel来作为连接用的channel类
                    .handler(channelInitializer);
            if (proxyHandler != null) {
                // 代理服务器解析DNS和连接
                bootstrap.resolver(NoopAddressResolverGroup.INSTANCE);
            } else {
                bootstrap.resolver(serverConfig.resolver());
            }
            requestList = new LinkedList();
            cf = bootstrap.connect(requestProto.getHost(), requestProto.getPort());
            cf.addListener((ChannelFutureListener) future -> {
                if (future.isSuccess()) {
                    future.channel().writeAndFlush(msg);
                    synchronized (requestList) {
                        requestList.forEach(obj -> future.channel().writeAndFlush(obj));
                        requestList.clear();
                        isConnect = true;
                    }
                } else {
                    requestList.forEach(obj -> ReferenceCountUtil.release(obj));
                    requestList.clear();
                    getExceptionHandle().beforeCatch(channel, future.cause());
                    future.channel().close();
                    channel.close();
                }
            });
        } else {
            synchronized (requestList) {
                if (isConnect) {
                    cf.channel().writeAndFlush(msg);
                } else {
                    requestList.add(msg);
                }
            }
        }
    }

实际上是对数据的转发
再来看一下ProxyHandleFactory中的build方法

public static ProxyHandler build(ProxyConfig config) {
        ProxyHandler proxyHandler = null;
        if (config != null) {
            boolean isAuth = config.getUser() != null && config.getPwd() != null;
            InetSocketAddress inetSocketAddress = new InetSocketAddress(config.getHost(),
                    config.getPort());
            switch (config.getProxyType()) {
                case HTTP:
                    if (isAuth) {
                        proxyHandler = new HttpProxyHandler(inetSocketAddress,
                                config.getUser(), config.getPwd());
                    } else {
                        proxyHandler = new HttpProxyHandler(inetSocketAddress);
                    }
                    break;
                case SOCKS4:
                    proxyHandler = new Socks4ProxyHandler(inetSocketAddress);
                    break;
                case SOCKS5:
                    if (isAuth) {
                        proxyHandler = new Socks5ProxyHandler(inetSocketAddress,
                                config.getUser(), config.getPwd());
                    } else {
                        proxyHandler = new Socks5ProxyHandler(inetSocketAddress);
                    }
                    break;
            }
        }
        return proxyHandler;

    }

在这里会根据类型的不同会调用不同的初始化方法来得到proxyHandler

调用自定义intercept并且转发数据的操作流程就是这样,更深层次的关于netty的内容,nio的相关操作再次就不做深述。

总结

总的来说,proxyee是以netty为核心实现的一个较为轻量化的代理服务器,整体代码量和依赖都很少,在源码阅读的过程中能够不断加深对于netty的理解,从这种角度来说是一个很好的学习netty的项目。同时因为他可以对 HTTP、HTTPS 协议的报文进行捕获和篡改,我们可以以此来封装一层实现接口调用时入参、返回的统一记录,白名单的校验。

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