IdleStateHandler 心跳机制源码详解(1)

如何自学黑客&网络安全

黑客零基础入门学习路线&规划

初级黑客
1、网络安全理论知识（2天）
①了解行业相关背景，前景，确定发展方向。
②学习网络安全相关法律法规。
③网络安全运营的概念。
④等保简介、等保规定、流程和规范。（非常重要）

2、渗透测试基础（一周）
①渗透测试的流程、分类、标准
②信息收集技术：主动/被动信息搜集、Nmap工具、Google Hacking
③漏洞扫描、漏洞利用、原理，利用方法、工具（MSF）、绕过IDS和反病毒侦察
④主机攻防演练：MS17-010、MS08-067、MS10-046、MS12-20等

3、操作系统基础（一周）
①Windows系统常见功能和命令
②Kali Linux系统常见功能和命令
③操作系统安全（系统入侵排查/系统加固基础）

4、计算机网络基础（一周）
①计算机网络基础、协议和架构
②网络通信原理、OSI模型、数据转发流程
③常见协议解析（HTTP、TCP/IP、ARP等）
④网络攻击技术与网络安全防御技术
⑤Web漏洞原理与防御：主动/被动攻击、DDOS攻击、CVE漏洞复现

5、数据库基础操作（2天）
①数据库基础
②SQL语言基础
③数据库安全加固

6、Web渗透（1周）
①HTML、CSS和JavaScript简介
②OWASP Top10
③Web漏洞扫描工具
④Web渗透工具：Nmap、BurpSuite、SQLMap、其他（菜刀、漏扫等）
恭喜你，如果学到这里，你基本可以从事一份网络安全相关的工作，比如渗透测试、Web 渗透、安全服务、安全分析等岗位；如果等保模块学的好，还可以从事等保工程师。薪资区间6k-15k

到此为止，大概1个月的时间。你已经成为了一名“脚本小子”。那么你还想往下探索吗？

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7、脚本编程（初级/中级/高级）
在网络安全领域。是否具备编程能力是“脚本小子”和真正黑客的本质区别。在实际的渗透测试过程中，面对复杂多变的网络环境，当常用工具不能满足实际需求的时候，往往需要对现有工具进行扩展，或者编写符合我们要求的工具、自动化脚本，这个时候就需要具备一定的编程能力。在分秒必争的CTF竞赛中，想要高效地使用自制的脚本工具来实现各种目的，更是需要拥有编程能力.

如果你零基础入门，笔者建议选择脚本语言Python/PHP/Go/Java中的一种，对常用库进行编程学习；搭建开发环境和选择IDE,PHP环境推荐Wamp和XAMPP， IDE强烈推荐Sublime；·Python编程学习，学习内容包含：语法、正则、文件、 网络、多线程等常用库，推荐《Python核心编程》，不要看完；·用Python编写漏洞的exp,然后写一个简单的网络爬虫；·PHP基本语法学习并书写一个简单的博客系统；熟悉MVC架构，并试着学习一个PHP框架或者Python框架 (可选)；·了解Bootstrap的布局或者CSS。

8、超级黑客
这部分内容对零基础的同学来说还比较遥远，就不展开细说了，附上学习路线。

网络安全工程师企业级学习路线

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一、心跳机制

Netty支持心跳机制，可以检测远程服务端是否存活或者活跃。心跳是在TCP长连接中，客户端和服务端定时向对方发送数据包通知对方自己还在线，保证连接的有效性的一种机制。在服务器和客户端之间一定时间内没有数据交互时, 即处于idle状态时, 客户端或服务器会发送一个特殊的数据包给对方, 当接收方收到这个数据报文后, 也立即发送一个特殊的数据报文, 回应发送方, 即一个PING-PONG交互。当某一端收到心跳消息后, 就知道了对方仍然在线, 这就确保TCP连接的有效性。

Netty提供了IdleStateHandler可以对三种类型心跳进行检测，是用来监测连接的空闲情况。然后我们就可以根据心跳情况，来实现具体的处理逻辑，比如说断开连接、重新连接等等。同时，还提供了ReadTimeoutHandler，WriteTimeoutHandler检测连接的有效性。

名称	作用
IdleStateHandler	当连接的空闲时间（读或者写）太长时，将会触发一个IdleStateEvent事件。然后，你可以通过你的ChannelInboundHandler中重写userEventTrigged方法来处理该事件。
ReadTimeoutHandler	如果在指定的事件没有发生读事件，就会抛出这个异常，并自动关闭这个连接。你可以在exceptionCaught方法中处理这个异常。
WriteTimeoutHandler	当一个写操作不能在一定的时间内完成时，抛出此异常，并关闭连接。你同样可以在exceptionCaught方法中处理这个异常。

二、IdleStateHandler 简介

IdleStateHandler也是一个ChannelHandler，也需要被载入到ChannelPipeline中，加入我们在服务器端的ChannelInitializer中。我们在channel链中加入了IdleSateHandler，第一个参数是5，单位是秒，那么这样做的意思就是：在服务器端会每隔5秒来检查一下channelRead方法被调用的情况，如果在5秒内该链上的channelRead方法都没有被触发，就会调用userEventTriggered方法：

//创建服务类
ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();

//boss和worker
NioEventLoopGroup boss = new NioEventLoopGroup();
NioEventLoopGroup worker = new NioEventLoopGroup();

try {
    //设置线程池
    serverBootstrap.group(boss,worker);
    //设置socket工厂,Channel 是对 Java 底层 Socket 连接的抽象
    serverBootstrap.channel(NioServerSocketChannel.class);
    //设置管道工厂
    serverBootstrap.childHandler(new ChannelInitializer<Channel>() {

        @Override
        protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {
            //设置后台转换器（二进制转换字符串）
            ch.pipeline().addLast(new IdleStateHandler(5, 0, 0, TimeUnit.SECONDS));
            ch.pipeline().addLast(new StringDecoder());
            ch.pipeline().addLast(new StringEncoder());
            ch.pipeline().addLast(new ServerSocketHandler());
        }
    });

并且还是个ChannelInboundHandler，是用来处理入站事件的。看下它的构造器：

public IdleStateHandler(int readerIdleTimeSeconds, int writerIdleTimeSeconds, int allIdleTimeSeconds) {
    this((long)readerIdleTimeSeconds, (long)writerIdleTimeSeconds, (long)allIdleTimeSeconds, TimeUnit.SECONDS);
}

名称	作用
readerIdleTimeSeconds	读超时。即当在指定的时间间隔内没有从Channel读取到数据时，会触发一个READER_IDLE的IdleStateEvent事件
writerIdleTimeSeconds	写超时。即当在指定的时间间隔内没有数据写入到Channel时，会触发一个WRITER_IDLE的IdleStateEvent事件
allIdleTimeSeconds	读/写超时。即当在指定的时间间隔内没有读或写操作时，会触发一个ALL_IDLE的IdleStateEvent事件

三、IdleStateHandler 源码

【1】handlerAdded和handlerRemoved：IdleStateHandler是在创建IdleStateHandler实例并添加到ChannelPipeline时添加定时任务来进行定时检测的，具体在initialize(ctx)方法实现；同时在从ChannelPipeline移除或Channel关闭时，移除这个定时检测，具体在destroy()实现。IdleStateHandler的channelActive()方法在socket通道建立时被触发。

public void handlerAdded(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
    if (ctx.channel().isActive() && ctx.channel().isRegistered()) {
        this.initialize(ctx);
    }

}

public void handlerRemoved(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
    this.destroy();
}

public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
    this.destroy();
    super.channelInactive(ctx);
}

【2】initialize：根据配置的readerIdleTime，WriteIdleTIme等超时事件参数往任务队列taskQueue中添加定时任务task。我先先查看ReaderIdleTimeoutTask的作用。

private void initialize(ChannelHandlerContext ctx) {
    switch(this.state) {
    case 1:
    case 2:
        return;
    default:
        this.state = 1;
        this.initOutputChanged(ctx);
        this.lastReadTime = this.lastWriteTime = this.ticksInNanos();
        if (this.readerIdleTimeNanos > 0L) {
            // 这里的 schedule 方法会调用 eventLoop 的 schedule 方法，将定时任务添加进队列中
            this.readerIdleTimeout = this.schedule(ctx, new IdleStateHandler.ReaderIdleTimeoutTask(ctx), this.readerIdleTimeNanos, TimeUnit.NANOSECONDS);
        }

        if (this.writerIdleTimeNanos > 0L) {
            this.writerIdleTimeout = this.schedule(ctx, new IdleStateHandler.WriterIdleTimeoutTask(ctx), this.writerIdleTimeNanos, TimeUnit.NANOSECONDS);
        }

        if (this.allIdleTimeNanos > 0L) {
            this.allIdleTimeout = this.schedule(ctx, new IdleStateHandler.AllIdleTimeoutTask(ctx), this.allIdleTimeNanos, TimeUnit.NANOSECONDS);
        }

    }
}

定时任务添加到对应线程EventLoopExecutor对应的任务队列taskQueue中，在对应线程的run()方法中循环执行。只要给定的参数大于0，就创建一个定时任务，每个事件都创建。同时，将state状态设置为1，防止重复初始化。调用initOutputChanged方法，初始化监控出站数据属性

private void initOutputChanged(ChannelHandlerContext ctx) {
    if (this.observeOutput) {
        Channel channel = ctx.channel();
        Unsafe unsafe = channel.unsafe();
        ChannelOutboundBuffer buf = unsafe.outboundBuffer();
        // 记录了出站缓冲区相关的数据，buf 对象的 hash 码，和 buf 的剩余缓冲字节数
        if (buf != null) {
            this.lastMessageHashCode = System.identityHashCode(buf.current());
            this.lastPendingWriteBytes = buf.totalPendingWriteBytes();
            this.lastFlushProgress = buf.currentProgress();
        }
    }
}

这边会触发一个ReaderIdleTimeoutTask：nextDelay的初始化值为超时秒数readerIdleTimeNanos。如果检测的时候没有正在读，且计算多久没读了，nextDelay -= 当前时间 - 上次读取时间，假如这个结果是6s，说明最后一次调用channelRead已经是6s之前的事情了，你设置的是5s，那么nextDelay则为-1，说明超时了。则创建IdleStateEvent事件，IdleState枚举值为READER_IDLE，然后调用channelIdle方法分发给下一个ChannelInboundHandler，通常由用户自定义一个ChannelInboundHandler来捕获并处理。

private final class ReaderIdleTimeoutTask extends IdleStateHandler.AbstractIdleTask {
    ReaderIdleTimeoutTask(ChannelHandlerContext ctx) {
        super(ctx);
    }

    protected void run(ChannelHandlerContext ctx) {
        long nextDelay = IdleStateHandler.this.readerIdleTimeNanos;
        if (!IdleStateHandler.this.reading) {
            nextDelay -= IdleStateHandler.this.ticksInNanos() - IdleStateHandler.this.lastReadTime;
        }

        if (nextDelay <= 0L) {
            IdleStateHandler.this.readerIdleTimeout = IdleStateHandler.this.schedule(ctx, this, IdleStateHandler.this.readerIdleTimeNanos, TimeUnit.NANOSECONDS);
            boolean first = IdleStateHandler.this.firstReaderIdleEvent;
            IdleStateHandler.this.firstReaderIdleEvent = false;

            try {
                IdleStateEvent event = IdleStateHandler.this.newIdleStateEvent(IdleState.READER\_IDLE, first);
                IdleStateHandler.this.channelIdle(ctx, event);
            } catch (Throwable var6) {
                ctx.fireExceptionCaught(var6);
            }
        } else {
            IdleStateHandler.this.readerIdleTimeout = IdleStateHandler.this.schedule(ctx, this, nextDelay, TimeUnit.NANOSECONDS);
        }

    }
}

firstxxxxIdleEvent作用：假设当你的客户端应用每次接收数据是30秒，而你的写空闲时间是25秒，那么，当你数据还没有写出的时候，写空闲时间触发了。实际上是不合乎逻辑的。因为你的应用根本不空闲。

Netty的解决方案是：记录最后一次输出消息的相关信息，并使用一个值firstXXXXIdleEvent表示是否再次活动过，每次读写活动都会将对应的first值更新为true，如果是false，说明这段时间没有发生过读写事件。同时如果第一次记录出站的相关数据和第二次得到的出站相关数据不同，则说明数据在缓慢的出站，就不用触发空闲事件。

总的来说，这个字段就是用来对付 “客户端接收数据奇慢无比，慢到比空闲时间还多” 的极端情况。所以，Netty默认是关闭这个字段的。

总的来说，每次读取操作都会记录一个时间，定时任务时间到了，会计算当前时间和最后一次读的时间的间隔，如果间隔超过了设置的时间，就触发·UserEventTriggered`方法：

protected void channelIdle(ChannelHandlerContext ctx, IdleStateEvent evt) throws Exception {
    ctx.fireUserEventTriggered(evt);
}

【3】写任务的run方法逻辑基本和读任务的逻辑一样，唯一不同的就是有一个针对 出站较慢数据的判断。

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初级黑客
1、网络安全理论知识（2天）
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4、计算机网络基础（一周）
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如果你零基础入门，笔者建议选择脚本语言Python/PHP/Go/Java中的一种，对常用库进行编程学习；搭建开发环境和选择IDE,PHP环境推荐Wamp和XAMPP， IDE强烈推荐Sublime；·Python编程学习，学习内容包含：语法、正则、文件、 网络、多线程等常用库，推荐《Python核心编程》，不要看完；·用Python编写漏洞的exp,然后写一个简单的网络爬虫；·PHP基本语法学习并书写一个简单的博客系统；熟悉MVC架构，并试着学习一个PHP框架或者Python框架 (可选)；·了解Bootstrap的布局或者CSS。

8、超级黑客
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