今天来水一篇文章，简单介绍一下代理的基础知识吧。

需求

所谓代理，其实就是代理执行，在网络通信里指的是使用目标ip来进行流量的代发，我们可以在本地配置代理，也可以对浏览器进行特别的代理，这些大多用处不大。我们代理的目的一般有流量拦截和加密通信。流量拦截可以检测本地发出去的包和过滤网络输入的包，这就是俗称的抓包，抓包是基于本地代理实现的，但是需要管理员权限，可以侵犯其它进程的网络数据怎么想都是要权限的吧，对于桌面系统获得权限就完事了，但我们的手机就有点麻烦了，所以接下来我们会以安卓手机为例。不过先说说加密通信吧，我们平时访问网页的时候，所有的信息都会是明文(http)，很容易被某墙丢包，就算使用(https)也要传入域名信息，也容易被某墙丢包，所以我们与我们的代理外服通信的时候如果不进行加密的话，是越不过某墙的，因此本地代理还有一个用处就是抓取流量以后进行包装加密，防止被中间人攻击者发现而进行恶意篡改，这样我们就能成功与代理外服通信了。其实关于代理，我们只是讲本地代理的东西，服务器代理嘛，成本高就不说了，而且思想也差不多，而且我们以安卓为主。

学习项目

安卓实现主动代理的基本手段是使用系统提供的vpn服务，安卓的防火墙软件，加速器软件，抓包软件等都是基于此来实现的，其基本用处是拦截所有发送至互联网的数据，其核心类为android.net.VpnService。我们从github上，发现一个简单的项目LocalVpn，它没什么特别的功能就是基于vpn服务实现了一个转发器，我们接下来就以此来深入了解一下VpnService的用法吧。

项目结构

使用此服务的基础权限是android.permission.INTERNET，即与网络相关的权限。然后此项目，有一个主界面和一个基本服务

主界面运行效果如下

就一个按钮，点一下即可启用我们的服务，显然像这种不断运行拦截流量的要通过Service来实现。

这里注册了一个广播，它与此主界面绑定，用于Service与主界面的通信，如果Service的状态改变，就会传信息到主界面通知它改变按钮的状态。

由上述官方文档可知，首先我们要调用静态方法VpnService.prepare(this)来确定是否有权限启动VPN，有的话就会返回请求启动VPN的intent，这个intent主要给用户来确定是否启动vpn。然后在onActivityResult里面确定返回结果，一切正常的话则启动我们的LocalVPNService服务。LocalVPNService继承于VpnService，用于实现流量拦截的核心类，他们都是Service的子类，可以一直运行在后台。然后就是通过VpnService.Builder来构建vpn接口的文件描述符，读此描述符读写来完成流量转发。我们能否直接使用VpnService而不继承呢？重实现的功能角度和适配上有些不太现实。我们来通览一下这个项目的基本结构吧

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ByteBufferPool.java  LocalVPNService.java  TCPInput.java   UDPOutput.java
LRUCache.java        Packet.java           TCPOutput.java
LocalVPN.java        TCB.java              UDPInput.java

UDP，和TCP是分别用来分析两种常见协议TCP/UDP的类，Packet是发送包的Java抽象，ByteBufferPool就是一段反复利用的内存而已，LocalVPNService是主要服务，LocalVPN是主界面，TCB主要用于完成TCP握手，LRUCache只是一个类似k-v的数据结构。由这些我们多少可以知道，vpn是运行在ip协议上的，官方文档确实有这么一句话The interface is running on Internet Protocol (IP), so packets are always started with IP headers.。所以使用的时候还是得小心点，不止UDP/TCP，很多协议都运行在ip协议之上，不过嘛，我们抓包就只要这两个协议就差不多够了，其它的可以直接放行，比如常用的socket就是基于UDP协议的。

多线程

我们先来看一下最开始的创建函数

首先使isRunning为true表示运行，然后在setupVPN初始化我们的vpnservice，至于那些参数基本都是拿来判断是否通过vpn的，比如

这个就是表示可以通过vpn路由的地址族，至于像setSession这类设置名字的就没什么好说的了。哦，还有一个setConfigureIntent可以讲一讲，它可以得到一个PendingIntent对象，这个主要是系统配置传入的intent，如下

注意到每个软件的最右边有一个设置一样的按钮，点击它就可以触发PendingIntent，不用的话就是系统自带的了，本案例里没有用到，我们就这样一笔带过吧。接下来对数据的处理值得我们好好研究一下。
在executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);里，我们创建了一个容量为5的线程池，5个线程分别处理不同事务，其中VPNRunnable是与vpn直接对接的线程，UDPInput和UDPOutput处理UDP相关事务，TCPInput和TCPOutput处理TCP相关事务，这里我们可能会疑惑为什么UDP和TCP需要特别拿来处理，其实我猜大概是用来分担线程压力的，另一方面的话，这部分也是我们想重点偷窥拦截的对象，所以单独来处理也不为过。对于tcp和udp，我们发现它使用了Selector和ConcurrentLinkedQueue，具体我们不关心，我们可以容易知道这是实现nio(无阻塞io)的一种基本方法，为什么会需要这个？其实也与我们的目的相关，比如tcp是有握手过程的，对于每个tcp连接，我们可以通过nio来回避多线程阻塞的麻烦。至于nio嘛，简单讲其实就是一个线程对一个事务队列进行循环执行，自己去补吧。最后注册了一个我们之前提到的广播，至于一些清理操作，没啥好说的。我们去看看主线程吧

首先依据文件描述符创建相应的文件输入输出流，这里是linux万物皆文件的思想，对于网络接口我们也视为一个文件，发送数据即写入，接受数据即读取。虽说它转化为了FileChannel对象，但并没有用到特有的传输方法transferTo和transferFrom，所有与原始的输入输出流差别不大，只不过数据的载体是byteBuffer罢了。然后循环保活线程，如果曾发出过数据，那么从ByteBufferPool取出ByteBuffer数据，否则清空数据，至于数据哪来的，当然是其它线程给的，我们后面会看的。然后是read，根据文档Each read from the descriptor retrieves an outgoing packet which was routed to the interface.意思就是拦截其它程序发出去的包，并保存到bufferToNetwork，接下来构造Packet对象来封装我们的包，至于Packet的实现属于计算机网络系统的基础内容了，总之就是解析IP协议啦。接下来就是依据TCP和UDP协议分别将数据送入相应队列，至于其它类型没有任何处理，不过ip协议上真的就这两部分吗？确实有其它的协议，如ICMP和IGMP协议，我最喜欢下面这张模型图了

这样容易看出，除了TCP和UDP外的其它依赖IP协议的基本都处理不到，所以不管其实也无所谓了。接下来从networkToDeviceQueue队列了取得接收回来的数据，然后write，同样我们来看官方文档Each write to the descriptor injects an incoming packet just like it was received from the interface.，这里就是将接受的数据回传给应用。最后稍微让线程休息一下，防止耗电过度，至此我们的主线程结束了。到这里我们可能会发现了一个比较神奇的问题，我们拦截的都是IP协议上的包，但我们的程序好像只能发送TCP和UDP的包，比如通过Socket发送TCP的包，有没有觉得头脑炸裂，竟然不能简单的read和write来实现转发，还必须自己解析包来模拟实现。

TCP转发

我们先从较为复杂的TCP协议看起吧，一样先直接看主线程吧，你问为什么不看看其它的函数，如构造方法？这不都是想要什么传什么嘛，也没什么好说的

这里有两个队列inputQueue和outputQueue，对于TCPOutput来说，inputQueue就是设备发向网络的数据队列，在之前的那个线程里的deviceToNetworkTCPQueue.offer(packet);里面传入了数据，我们在这里取出来，一旦成功取出将进入下一阶段。Packet里的backingBuffer即是除了报头以外的数据，也就是传输的核心内容，后面则是取出一些报头的基本内容如目标ip和端口之类的。TCB是tcp连接的正体封装，主要是用来区别下面的一些握手过程，它们会分别调用process*来处理，RST是通信终结标志，所以调用的是closeCleanly。这里我们需要注意，握手是相对与ip协议那一端，而我们在发出数据这一方是不需要握手的，我们可以直接使用Socket来实现数据传输。我们继续看吧

我们看到vpnService.protect(outputChannel.socket());方法，这主要为了保证我们程序向外发送的数据不会被vpn拦截，不然会发生无限循环，这挺好理解的吧。outputChannel.connect(new InetSocketAddress(destinationAddress, destinationPort));我们与数据发送的最后目标连接，tcb.selectionKey = outputChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT, tcb);往我们的selector里面注册事件，我们注意到currentPacket.updateTCPBuffer(responseBuffer,)之类的方法，其实主要是为了让其它应用接受包里面的ip和端口之类的看起来确实是自己发出数据的回应，最后outputQueue.offer(responseBuffer);将我们收到的修改包传入接受队列outputQueue。那么啥时候发数据呢？实际在标志位为ACK的时候表示我们正在相互传输数据，我们来看processACK，我们再次说明一下，这里的ACK是相对于发出包的其它应用，而与远程目标的连接并没有这个概念

从下面这段代码

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try {
      while (payloadBuffer.hasRemaining())
          outputChannel.write(payloadBuffer);
}

我们可以知道，应用只把payloadBuffer的数据发送到远端，即我们之前的backingBuffer，也就是说不包含报头信息，就像我们之前说的那样。数据接收的话在TCPInput里，我们去看看吧

你和我说看不懂这些操作，去复习nio的基本内容吧，nio的基本操作是遍历select，寻找我们需要的操作来处理，而操作的依据是我们获取的SelectionKey，这里主要处理连接和读取，我们去看一下如何读取的

我们看到语句readBytes = inputChannel.read(receiveBuffer);，它将接收的数据存入receiveBuffer，结果的话最终放入outputQueue队列。我们发现两个TCP都有将数据包放入output队列，似乎有点反直觉，但其实，往其它应用传入数据就如我们之前所说还包含握手过程，TCPOutput传入握手包，TCPInput则传入实际的数据包。

总结

这样好像结束了？UDP的话其实更加简单粗暴，直接扔包和接包就行了，连对接都不需要。然后好像就没内容了，可是怎么觉得什么都没有讲的感觉，所以嘛，我才会在开头说这是水文章。其实这个应用的大部分实现都在于协议包的解析，如从IP包中解析出TCP包和UDP包，然后是通过nio来与目标完成通信的过程，TCP使用Socket，UDP使用Datagram，也就是说大部分内容都是对协议的理解，感觉枯燥又无聊。哎呀，不说了，我们直接画个总结图结束我们的文章吧

这应该是今年最后的一篇文章了，以这样的形式结束，感觉也不错。