记录一次Netty的WSS异常

概述

业务场景

应用通过 WSS 客户端连接三方接口。在高并发压测时，出现了请求服务器写入失败的异常，该异常是偶发，出现的概率不到千分之一，异常如下图所示。
在这里插入图片描述

问题概述

注意：

  • 因为握手是通过 http 协议进行的。所以，需要挂载 http 编解码器。
  • 而在握手成功后。需要从 pipeline 中删除 http 编解码器，并挂载 WebSocket 编解码器。即从 http 协议升级为 WebSocket 协议。

向第三方接口请求时（channel.writeAndFlush()），抛出了 “unsupported message type” 异常。

该异常，是消息类型不正确导致的，由异常提示可知，要求消息类型是 ByteBuf 或 FileRegion。

因 BUG 出现的概率极低，在服务中无法复现，只能通过查看源码和日志，分析原因。

整个握手的过程如下所示：

  1. 应用与第三方建立连接。
  2. 应用发送握手请求，在请求成功后，挂载 WebSocket 编码器。（有90%的可能是因为这一步的导致的异常）
  3. 第三方接口握手响应。
  4. 应用进行握手完成处理。
  5. 应用与第三方接口握手完成，可以进行正常首发报文。

握手完成后，执行的操作主要是：卸载http编解码器，挂载 WebSocket 解码器。

最终的分析结果：客户端应用在握手期间，虽然请求已经成功发送到第三方接口。但是由于未知原因，造成请求握手的 FutureListener 延迟执行，进而造成 WebSocket 编码器挂载失败。

环境

jdk1.8。

Netty 依赖。

        <dependency><groupId>io.netty</groupId><artifactId>netty-all</artifactId><version>4.1.90.Final</version></dependency>

常用的 WSS 通信代码

服务端代码

服务端的代码比较简单，用的都是 Netty 提供的编解码器。

自定义 Handler ：收到报文后，响应给客户端。

public class WssServer {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);EventLoopGroup workGroup = new NioEventLoopGroup(10);ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();bootstrap.group(bossGroup, workGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel channel) throws Exception {ChannelPipeline pipeline = channel.pipeline();// http编解码处理pipeline.addLast("http-codec", new HttpServerCodec());// http聚合处理pipeline.addLast("http-aggregator", new HttpObjectAggregator(65536));// webSocket协议处理器，其中包含了握手的处理逻辑pipeline.addLast(new WebSocketServerProtocolHandler("/", null, false, 65536));pipeline.addLast(new SimpleChannelInboundHandler<Object>() {@Overrideprotected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {if (msg instanceof TextWebSocketFrame) {String text = ((TextWebSocketFrame) msg).text();System.out.println("server received text: " + text);ctx.writeAndFlush(new TextWebSocketFrame("I received your msg: " + text));}}@Overridepublic void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {cause.printStackTrace();ctx.close();}});}});Channel channel = bootstrap.bind(8000).sync().channel();System.out.println("server started ... port: " + 8000);channel.closeFuture().sync();}
}

客户端代码

WSS 客户端类 WsSslClient

在客户端与服务端建立连接成功后，进行握手请求。握手成功后，才是真正的 connect 成功，即 WsSslClient.connect() 的逻辑。

握手逻辑说明：

  1. 握手逻辑发生在链路连接完成后。
  2. 调用 handshaker.handshake(channel) 发送握手请求
  3. ClientBizHandler 收到消息时，首先处理握手，并设置握手异步结果 (handshakeFinishPromise )
  4. 通过 handshakeFinishPromise 判断是否握手成功，进而可以判断是否真正的连接成功。
public class WsSslClient {private static final String URL = "wss://localhost:8000";private URI server;private Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();/** Web握手类：用于握手处理 */private WebSocketClientHandshaker handshaker;public WsSslClient() throws Exception {server = new URI(URL);// 握手处理类handshaker = WebSocketClientHandshakerFactory.newHandshaker(server, WebSocketVersion.V13, null, true, new DefaultHttpHeaders());init();}public void init() {// 客户端线程组-10个线程EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup(10);bootstrap.option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true).group(group).channel(NioSocketChannel.class)// 设置WebSocket相关处理器.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel channel) {ChannelPipeline pipeline = channel.pipeline();// http编解码处理pipeline.addLast("http-codec", new HttpClientCodec());// http聚合处理pipeline.addLast("http-aggregator", new HttpObjectAggregator(65536));// webSocket聚合处理pipeline.addLast(new WebSocketFrameAggregator(65536));// webSocket业务处理pipeline.addLast("client-handler", new ClientBizHandler(handshaker));}});System.out.println("client init success");}public Channel connect() throws InterruptedException {System.out.printf("begin connect to %s\n", URL);Channel channel = bootstrap.connect(server.getHost(), server.getPort()).sync().channel();System.out.printf("connected to %s\n", URL);// 发送握手System.out.printf("request handshake %s\n", URL);handshaker.handshake(channel);// 获取握手异步结果对象ClientBizHandler clientBizHandler = (ClientBizHandler)channel.pipeline().get("client-handler");ChannelPromise handshakeFinishPromise = clientBizHandler.getHandshakeFinishPromise();// 通过promise等待握手完成if (!handshakeFinishPromise.awaitUninterruptibly(2000)) {close(channel);throw new RuntimeException("handshake timeout");}if (!handshakeFinishPromise.isSuccess()) {throw new RuntimeException("handshake error");}System.out.printf("%s handshake finish, you can send msg now!\n", URL);return channel;}public void request(Channel channel, String msg) {System.out.println("request server, msg: " + msg);channel.writeAndFlush(new TextWebSocketFrame(msg)).addListener(new ChannelFutureListener() {@Overridepublic void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {if (!future.isSuccess()) {System.err.println("writeAndFlush fail: "+ future.cause().getMessage());}}});}public void close(Channel channel) {if (channel != null && channel.isActive()) {System.out.println("close");channel.close();}}
}

业务处理器类

收到第三方接口响应时，先进行握手处理，然后才处理实际业务。

public class ClientBizHandler extends SimpleChannelInboundHandler<Object> {private final WebSocketClientHandshaker handshaker;private ChannelPromise handshakeFinishPromise;public ClientBizHandler(WebSocketClientHandshaker handshaker) {this.handshaker = handshaker;}public ChannelPromise getHandshakeFinishPromise() {return handshakeFinishPromise;}@Overridepublic void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {System.out.println("handlerAdded");// 处理器被添加到实际的上下文时，创建一个异步结果对象，用于WsSslClient的连接函数handshakeFinishPromise = ctx.newPromise();}@Overrideprotected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {Channel channel = ctx.channel();// 握手未完成，则进行握手处理if (!handshaker.isHandshakeComplete()) {try {handshaker.finishHandshake(channel, (FullHttpResponse) msg);System.out.println("handshake finished");// 告知握手结果handshakeFinishPromise.setSuccess();} catch (Exception e) {// 异常也要告知System.err.println("handshake error: " + e.getMessage());handshakeFinishPromise.setFailure(e);}return;}if (msg instanceof TextWebSocketFrame) {TextWebSocketFrame textWebSocketFrame = (TextWebSocketFrame) msg;System.out.println("received server response: " + textWebSocketFrame.text());// 实际处理...}}
}

进行 WSS 连接和发送的请求的 demo

public class ClientTest {public static void main(String[] args) throws Exception {WsSslClient wsSslClient = new WsSslClient();Channel channel = wsSslClient.connect();wsSslClient.request(channel, "hello server, I'm client");}
}

正常发起测试

1.首先启动服务端，并输出日志。

server started ... port: 8000

2.运行 ClientTest ，请求服务端，日志输出如下。

客户端日志

client init success
begin connect to wss://localhost:8000
handlerAdded
connected to wss://localhost:8000
request handshake wss://localhost:8000
handshake finished
wss://localhost:8000 handshake finish, you can send msg now!
request server, msg: hello server, I'm client

服务端日志

server received text: hello server, I'm client

客户端日志

received server response: I received your msg: hello server, I'm client

异常分析

查看 handshaker.handshake(channel) 源码，可知其用来发送握手消息，并添加异步监听。

异步监听作用：在握手消息发送成功后，添加 WebSocket 编码器 WebSocketFrameEncoder。这一步很关键，是造成异常的主要元凶。 因为是异步进行的监听，有可能会导致执行的延迟。

在这里插入图片描述

WebSocketFrameEncoder 编码器的功能，正是将 WebSocketFrame 类型的消息转化为 ByteBuf。

我们可以推理一下，如果由于未知原因（如并发高、线程切换阻塞），导致握手消息发送成功，但是执行监听延迟。

  • 也就是说 WebSocketFrameEncoder 还未挂载到 channel 的 pipeline 时，
  • 应用已经收到第三方的握手响应，完成握手响应逻辑处理，设置 handshakeFinishPromise 异步结果为成功。
  • WsSslClient.connect() 函数中阻塞等待 handshakeFinishPromise 放行，即连接函数执行成功。
  • 执行WsSslClient.request()，发生真实请求（此时 pipeline 上无 WebSocketFrameEncoder）。
  • 抛出 unsupported message type 异常。

重现异常

为了模拟 unsupported message type 异常，定义了一个 CustomWebSocketClientHandshaker13 ，用于替代原客户端代码中的 handshaker。

我用的是 W13 版本，大家根据实际情况，使用其他版本。

CustomWebSocketClientHandshaker13 重写了发送握手请求方法 handshake()，握手请求监听处增加了延迟执行的逻辑。

public class CustomWebSocketClientHandshaker13 extends WebSocketClientHandshaker13 {public CustomWebSocketClientHandshaker13(URI webSocketURL, WebSocketVersion version, String subprotocol,boolean allowExtensions, HttpHeaders customHeaders,int maxFramePayloadLength) {super(webSocketURL, version, subprotocol, allowExtensions, customHeaders, maxFramePayloadLength);}/*** 重写该方法，主要是用于复现出现的问题* @param channel* @return*/@Overridepublic ChannelFuture handshake(Channel channel) {ChannelPromise promise = channel.newPromise();FullHttpRequest request = this.newHandshakeRequest();channel.writeAndFlush(request).addListener(new ChannelFutureListener() {@Overridepublic void operationComplete(ChannelFuture future) throws InterruptedException {new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {// 写握手请求时，因未知原因，导致握手后编码器未挂载成功，// 或者发送成功，但是因为未知原因，导致监听延迟try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}if (future.isSuccess()) {ChannelPipeline p = future.channel().pipeline();ChannelHandlerContext ctx = p.context(HttpRequestEncoder.class);if (ctx == null) {ctx = p.context(HttpClientCodec.class);}if (ctx == null) {promise.setFailure(new IllegalStateException("ChannelPipeline does not contain an HttpRequestEncoder or HttpClientCodec"));return;}p.addAfter(ctx.name(), "ws-encoder", CustomWebSocketClientHandshaker13.this.newWebSocketEncoder());promise.setSuccess();} else {promise.setFailure(future.cause());}}}).start();}});return promise;}
}

不要忘记 WsSslClient 中的 handshaker 喔~~。 它要换成我们自定义的异常类 CustomWebSocketClientHandshaker13 ，代码如下图所示。
在这里插入图片描述

handshaker = new CustomWebSocketClientHandshaker13(server, WebSocketVersion.V13, null, true,new DefaultHttpHeaders(), 65536);

执行 ClientTest 就会复现该异常。

在这里插入图片描述

修复异常

第一个修复点 - WsSslClient

connect() 函数中， handshaker.handshake(channel) 会返回一个 ChannelFuture 对象，用于告知握手请求的执行结果。

也就是握手请求监听函数真正执行的结果。

我们拿到这个 Future 对象后，传递给业务处理器 clientBizHandler。

在这里插入图片描述

改造后的 WsSslClient 源码。

public class WsSslClient {private static final String URL = "wss://localhost:8000";private URI server;private Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();/** Web握手类：用于握手处理 */private WebSocketClientHandshaker handshaker;public WsSslClient() throws Exception {server = new URI(URL);// 握手处理类
//        handshaker = WebSocketClientHandshakerFactory
//                .newHandshaker(server, WebSocketVersion.V13, null, true, new DefaultHttpHeaders());// 为复现问题，自己定义的握手类handshaker = new CustomWebSocketClientHandshaker13(server, WebSocketVersion.V13, null, true,new DefaultHttpHeaders(), 65536);init();}public void init() {// 客户端线程组-10个线程EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup(10);bootstrap.option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true).group(group).channel(NioSocketChannel.class)// 设置WebSocket相关处理器.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel channel) {ChannelPipeline pipeline = channel.pipeline();// http编解码处理pipeline.addLast("http-codec", new HttpClientCodec());// http聚合处理pipeline.addLast("http-aggregator", new HttpObjectAggregator(65536));// webSocket聚合处理pipeline.addLast(new WebSocketFrameAggregator(65536));// webSocket业务处理pipeline.addLast("client-handler", new ClientBizHandler(handshaker));}});System.out.println("client init success");}public Channel connect() throws InterruptedException {System.out.printf("begin connect to %s\n", URL);Channel channel = bootstrap.connect(server.getHost(), server.getPort()).sync().channel();System.out.printf("connected to %s\n", URL);// 发送握手System.out.printf("request handshake %s\n", URL);ChannelFuture handshakeRequestFuture = handshaker.handshake(channel);// 获取握手异步结果对象ClientBizHandler clientBizHandler = (ClientBizHandler)channel.pipeline().get("client-handler");// 把握手异步结果，设置到clientBizHandlerclientBizHandler.setHandshakeRequestFuture(handshakeRequestFuture);ChannelPromise handshakeFinishPromise = clientBizHandler.getHandshakeFinishPromise();// 通过promise等待握手完成if (!handshakeFinishPromise.awaitUninterruptibly(2000, TimeUnit.MILLISECONDS)) {close(channel);throw new RuntimeException("handshake timeout");}if (!handshakeFinishPromise.isSuccess()) {throw new RuntimeException("handshake error");}System.out.printf("%s handshake finish, you can send msg now!\n", URL);return channel;}public void request(Channel channel, String msg) {System.out.println("request server, msg: " + msg);channel.writeAndFlush(new TextWebSocketFrame(msg)).addListener(new ChannelFutureListener() {@Overridepublic void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {if (!future.isSuccess()) {System.err.println("writeAndFlush fail: "+ future.cause().getMessage());}}});}public void close(Channel channel) {if (channel != null && channel.isActive()) {System.out.println("close");channel.close();}}
}

第二个改造类 - ClientBizHandler

收到握手响应后，等待握手请求完成后，再进行握手 finish 处理（handshaker.finishHandshake(channel, (FullHttpResponse) msg)）。

在这里插入图片描述

改造后的业务处理类源码。

public class ClientBizHandler extends SimpleChannelInboundHandler<Object> {private final WebSocketClientHandshaker handshaker;private ChannelPromise handshakeFinishPromise;private ChannelFuture handshakeRequestFuture;public ClientBizHandler(WebSocketClientHandshaker handshaker) {this.handshaker = handshaker;}public ChannelPromise getHandshakeFinishPromise() {return handshakeFinishPromise;}public void setHandshakeRequestFuture(ChannelFuture handshakeRequestFuture) {this.handshakeRequestFuture = handshakeRequestFuture;}@Overridepublic void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {System.out.println("handlerAdded");// 处理器被添加到实际的上下文时，创建一个异步结果对象，用于WsSslClient的连接函数handshakeFinishPromise = ctx.newPromise();}@Overrideprotected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {Channel channel = ctx.channel();// 握手未完成，则进行握手处理if (!handshaker.isHandshakeComplete()) {handshakeRequestFuture.addListener(new ChannelFutureListener() {@Overridepublic void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {if (!future.isSuccess()) {throw new RuntimeException("handshake request fail");}try {handshaker.finishHandshake(channel, (FullHttpResponse) msg);System.out.println("handshake finished");// 告知握手结果handshakeFinishPromise.setSuccess();} catch (Exception e) {// 异常也要告知System.err.println("handshake error: " + e.getMessage());handshakeFinishPromise.setFailure(e);}}});return;}if (msg instanceof TextWebSocketFrame) {TextWebSocketFrame textWebSocketFrame = (TextWebSocketFrame) msg;System.out.println("received server response: " + textWebSocketFrame.text());// 实际处理...}}@Overridepublic void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {cause.printStackTrace();}
}

验证BUG是否修复

后面就可以正常请求啦！！

输出的日志如下，可以发现，的确是等待请求处理成功后，才进行 finish 处理，并且报文也可以正常处理。
在这里插入图片描述

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