用Java开发代理服务器

简介： 代理服务器的应用非常广泛。比如，在企业网内部，它可以用来控制员工在工作时浏览的Internet内容，阻止员工访问某些类型的内容或某些指定的网站。代理服务器实际上扮演着浏览器和Web服务器之间的中间人的角色，能够对浏览器请求进行各种各样的处理，能够过滤广告和Cookie，能够预先提取Web页面，使得浏览器访问页面的速度更快，等等。
基础知识

不管以哪种方式应用代理服务器，其监控HTTP传输的过程总是如下：

    步骤一：内部的浏览器发送请求给代理服务器。请求的第一行包含了目标URL。
    步骤二：代理服务器读取该URL，并把请求转发给合适的目标服务器。
    步骤三：代理服务器接收来自Internet目标机器的应答，把应答转发给合适的内部浏览器。

例如，假设有一个企业的雇员试图访问www.cn.ibm.com网站。如果没有代理服务器，雇员的浏览器打开的Socket通向运行这个网站的Web服务器，从Web服务器返回的数据也直接传递给雇员的浏览器。如果浏览器被配置成使用代理服务器，则请求首先到达代理服务器；随后，代理服务器从请求的第一行提取目标URL，打开一个通向www.cn.ibm.com的Socket。当www.cn.ibm.com返回应答时，代理服务器把应答转发给雇员的浏览器。

当然，代理服务器并非只适用于企业环境。作为一个开发者，拥有一个自己的代理服务器是一件很不错的事情。例如，我们可以用代理服务器来分析浏览器和Web服务器的交互过程。测试和解决Web应用中存在的问题时，这种功能是很有用的。我们甚至还可以同时使用多个代理服务器（大多数代理服务器允许多个服务器链接在一起使用）。例如，我们可以有一个企业的代理服务器，再加上一个用Java编写的代理服务器，用来调试应用程序。但应该注意的是，代理服务器链上的每一个服务器都会对性能产生一定的影响。

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设计规划

正如其名字所示，代理服务器只不过是一种特殊的服务器。和大多数服务器一样，如果要处理多个请求，代理服务器应该使用线程。下面是一个代理服务器的基本规划：

    等待来自客户（Web浏览器）的请求。
    启动一个新的线程，以处理客户连接请求。
    读取浏览器请求的第一行（该行内容包含了请求的目标URL）。
    分析请求的第一行内容，得到目标服务器的名字和端口。
    打开一个通向目标服务器（或下一个代理服务器，如合适的话）的Socket。
    把请求的第一行发送到输出Socket。
    把请求的剩余部分发送到输出Socket。
    把目标Web服务器返回的数据发送给发出请求的浏览器。

当然，如果考虑细节的话，情况会更复杂一些。实际上，这里主要有两个问题要考虑：第一，从Socket按行读取数据最适合进一步处理，但这会产生性能瓶颈；第二，两个Socket之间的连接必需高效。有几种方法可以实现这两个目标，但每一种方法都有各自的代价。例如，如果要在数据进入的时候进行过滤，这些数据最好按行读取；然而，大多数时候，当数据到达代理服务器时，立即把它转发出去更适合高效这一要求。另外，数据的发送和接收也可以使用多个独立的线程，但大量地创建和拆除线程也会带来性能问题。因此，对于每一个请求，我们将用一个线程处理数据的接收和发送，同时在数据到达代理服务器时，尽可能快速地把它转发出去。

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实例

在用Java编写这个代理服务器的过程中，注意可重用性是很重要的。因为这样的话，当我们想要在另一个工程中以不同的方式处理浏览器请求时，可以方便地重用该代理服务器。当然，我们必须注意灵活性和效率之间的平衡。

图一显示了本文代理服务器实例（HttpProxy.java）的输出界面，当浏览器访问http://www-900.ibm.com/cn/时，代理服务器向默认日志设备（即标准输出设备屏幕）输出浏览器请求的URL。图二显示了SubHttpProxy的输出。SubHttpProxy是HttpProxy的一个简单扩展。

图一
图一

图二
图二

为了构造代理服务器，我从Thread基类派生出了HttpProxy类（文章正文中出现的代码是该类的一些片断，完整的代码请从本文最后下载）。HttpProxy类包含了一些用来定制代理服务器行为的属性，参见Listing 1和表一。

【Listing 1】
/*************************************
* 一个基础的代理服务器类
*************************************
*/
import java.net.*;
import java.io.*;
public class HttpProxy extends Thread {
    static public int CONNECT_RETRIES=5;
    static public int CONNECT_PAUSE=5;
    static public int TIME-OUT=50;
    static public int BUFSIZ=1024;
    static public boolean logging = false;
    static public OutputStream log=null;
    // 传入数据用的Socket
    protected Socket socket;
    // 上级代理服务器，可选
    static private String parent=null;
    static private int parentPort=-1;
    static public void setParentProxy(String name, int pport) {
        parent=name;
        parentPort=pport;
    }
    // 在给定Socket上创建一个代理线程。
    public HttpProxy(Socket s) { socket=s; start(); }
    public void writeLog(int c, boolean browser) throws IOException {
        log.write(c);
    }
    public void writeLog(byte[] bytes,int offset,
             int len, boolean browser) throws IOException {
        for (int i=0;i<len;i++) writeLog((int)bytes[offset+i],browser);
    }
    // 默认情况下，日志信息输出到
    // 标准输出设备，
    // 派生类可以覆盖它
    public String processHostName(String url, String host, int port, Socket sock) {
        java.text.DateFormat cal=java.text.DateFormat.getDateTimeInstance();
        System.out.println(cal.format(new java.util.Date()) + " - " +
              url + " " + sock.getInetAddress()+"<BR>");
        return host;
    }

表一
变量/方法 说明
CONNECT_RETRIES 在放弃之前尝试连接远程主机的次数。
CONNECT_PAUSE 在两次连接尝试之间的暂停时间。
TIME-OUT 等待Socket输入的等待时间。
BUFSIZ         Socket输入的缓冲大小。
logging         是否要求代理服务器在日志中记录所有已传输的数据（true表示“是”）。
log         一个OutputStream对象，默认日志例程将向该OutputStream对象输出日志信息。
setParentProxy 用来把一个代理服务器链接到另一个代理服务器（需要指定另一个服务器的名称和端口）。
当代理服务器连接到Web服务器之后，我用一个简单的循环在两个Socket之间传递数据。这里可能出现一个问题，即如果没有可操作的数据，调用read方法可能导致程序阻塞，从而挂起程序。为防止出现这个问题，我用setSoTimeout方法设置了Socket的超时时间（参见Listing 2）。这样，如果某个Socket不可用，另一个仍旧有机会进行处理，我不必创建一个新的线程。

【Listing 2】
    // 执行操作的线程
    public void run() {
    String line;
    String host;
    int port=80;
        Socket outbound=null;
    try {
        socket.setSoTimeout(TIMEOUT);
        InputStream is=socket.getInputStream();
        OutputStream os=null;
        try {
        // 获取请求行的内容
        line="";
        host="";
        int state=0;
        boolean space;
        while (true) {
            int c=is.read();
            if (c==-1) break;
            if (logging) writeLog(c,true);
            space=Character.isWhitespace((char)c);
            switch (state) {
            case 0:
            if (space) continue;
                state=1;
            case 1:
            if (space) {
                state=2;
                continue;
            }
            line=line+(char)c;
            break;
            case 2:
            if (space) continue; // 跳过多个空白字符
                  state=3;
            case 3:
            if (space) {
                state=4;
               // 只分析主机名称部分
                String host0=host;
                int n;
                n=host.indexOf("//");
                if (n!=-1) host=host.substring(n+2);
                n=host.indexOf('/');
                if (n!=-1) host=host.substring(0,n);
                // 分析可能存在的端口号
                n=host.indexOf(":");
                if (n!=-1) {
                port=Integer.parseInt(host.substring(n+1));
                host=host.substring(0,n);
                }
                host=processHostName(host0,host,port,socket);
                if (parent!=null) {
                host=parent;
                port=parentPort;
                }
                int retry=CONNECT_RETRIES;
                while (retry--!=0) {
                try {
                    outbound=new Socket(host,port);
                    break;
                } catch (Exception e) { }
                // 等待
                Thread.sleep(CONNECT_PAUSE);
                }
                if (outbound==null) break;
                outbound.setSoTimeout(TIMEOUT);
                os=outbound.getOutputStream();
                os.write(line.getBytes());
                os.write(' ');
                os.write(host0.getBytes());
                os.write(' ');
                pipe(is,outbound.getInputStream(),os,socket.getOutputStream());
                break;
            }
            host=host+(char)c;
            break;
            }
        }
        }
        catch (IOException e) { }
    } catch (Exception e) { }
    finally {
            try { socket.close();} catch (Exception e1) {}
            try { outbound.close();} catch (Exception e2) {}
       }
    }


和所有线程对象一样，HttpProxy类的主要工作在run方法内完成（见Listing 2）。run方法实现了一个简单的状态机，从Web浏览器每次一个读取字符，持续这个过程直至有足够的信息找出目标Web服务器。然后，run打开一个通向该Web服务器的Socket（如果有多个代理服务器被链接在一起，则run方法打开一个通向链里面下一个代理服务器的Socket）。打开Socket之后，run先把部分的请求写入Socket，然后调用pipe方法。pipe方法直接在两个Socket之间以最快的速度执行读写操作。

如果数据规模很大，另外创建一个线程可能具有更高的效率；然而，当数据规模较小时，创建新线程所需要的开销会抵消它带来的好处。

Listing 3显示了一个很简单的main方法，可以用来测试HttpProxy类。大部分的工作由一个静态的startProxy方法完成（见Listing 4）。这个方法用到了一种特殊的技术，允许一个静态成员创建HttpProxy类（或HttpProxy类的子类）的实例。它的基本思想是：把一个Class对象传递给startProxy类；然后，startProxy方法利用映像API（Reflection API）和getDeclaredConstructor方法确定该Class对象的哪一个构造函数接受一个Socket参数；最后，startProxy方法调用newInstance方法创建该Class对象。

【Listing 3】
// 测试用的简单main方法
static public void main(String args[]) {
    System.out.println("在端口808启动代理服务器\n");
    HttpProxy.log=System.out;
    HttpProxy.logging=false;
    HttpProxy.startProxy(808,HttpProxy.class);
  }
}



【Listing 4】
static public void startProxy(int port,Class clobj) {
  ServerSocket ssock;
  Socket sock;
  try {
      ssock=new ServerSocket(port);
      while (true) {
          Class [] sarg = new Class[1];
          Object [] arg= new Object[1];
          sarg[0]=Socket.class;
          try {
              java.lang.reflect.Constructor cons = clobj.getDeclaredConstructor(sarg);
              arg[0]=ssock.accept();
              cons.newInstance(arg); // 创建HttpProxy或其派生类的实例
          } catch (Exception e) {
              Socket esock = (Socket)arg[0];
              try { esock.close(); } catch (Exception ec) {}
          }
      }
  } catch (IOException e) {
  }
}


利用这种技术，我们可以在不创建startProxy方法定制版本的情况下，扩展HttpProxy类。要得到给定类的Class对象，只需在正常的名字后面加上.class（如果有某个对象的一个实例，则代之以调用getClass方法）。由于我们把Class对象传递给了startProxy方法，所以创建HttpProxy的派生类时，就不必再特意去修改startProxy。（下载代码中包含了一个派生得到的简单代理服务器）。

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结束语

利用派生类定制或调整代理服务器的行为有两种途径：修改主机的名字，或者捕获所有通过代理服务器的数据。processHostName方法允许代理服务器分析和修改主机名字。如果启用了日志记录，代理服务器为每一个通过服务器的字符调用writeLog方法。如何处理这些信息完全由我们自己决定――可以把它写入日志文件，可以把它输出到控制台，或进行任何其他满足我们要求的处理。writeLog输出中的一个Boolean标记指示出数据是来自浏览器还是Web主机。

和许多工具一样，代理服务器本身并不存在好或者坏的问题，关键在于如何使用它们。代理服务器可能被用于侵犯隐私，但也可以阻隔偷窥者和保护网络。即使代理服务器和浏览器不在同一台机器上，我也乐意把代理服务器看成是一种扩展浏览器功能的途径。例如，在把数据发送给浏览器之前，可以用代理服务器压缩数据；未来的代理服务器甚至还可能把页面从一种语言翻译成另一种语言……可能性永无止境。