纯Java实现一个网页版的Xshell

前言

最近由于项目需求，项目中需要实现一个WebSSH连接终端的功能，由于自己第一次做这类型功能，所以首先上了GitHub找了找有没有现成的轮子可以拿来直接用，当时看到了很多这方面的项目，例如：GateOne、webssh、shellinabox等，这些项目都可以很好地实现webssh的功能。

但是最终并没有采用，原因是在于这些底层大都是python写的，需要依赖很多文件，自己用的时候可以使用这种方案，快捷省事，但是做到项目中供用户使用时，总不能要求用户做到服务器中必须包含这些底层依赖，这显然不太合理，所以我决定自己动手写一个WebSSH的功能，并且作为一个独立的项目开源出来。

github项目开源地址：https://github.com/NoCortY/WebSSH

技术选型

由于webssh需要实时数据交互，所以会选用长连接的WebSocket，为了开发的方便，框架选用SpringBoot，另外还自己了解了Java用户连接ssh的jsch和实现前端shell页面的xterm.js.

所以，最终的技术选型就是 SpringBoot+Websocket+jsch+xterm.js。

导入依赖

<parent>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
    <version>2.1.7.RELEASE</version>
    <relativePath /> <!-- lookup parent from repository -->
</parent>
<dependencies>
    <!-- Web相关 -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>
    <!-- jsch支持 -->
    <dependency>
        <groupId>com.jcraft</groupId>
        <artifactId>jsch</artifactId>
        <version>0.1.54</version>
    </dependency>
    <!-- WebSocket 支持 -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-websocket</artifactId>
    </dependency>
    <!-- 文件上传解析器 -->
    <dependency>
        <groupId>commons-io</groupId>
        <artifactId>commons-io</artifactId>
        <version>1.4</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>commons-fileupload</groupId>
        <artifactId>commons-fileupload</artifactId>
        <version>1.3.1</version>
    </dependency>
</dependencies>

一个简单的xterm案例

由于xterm是一个冷门技术，所以很多同学并没有这方面的知识支撑，我也是为了实现这个功能所以临时学的，所以在这给大家介绍一下。

xterm.js是一个基于WebSocket的容器，它可以帮助我们在前端实现命令行的样式。就像是我们平常再用SecureCRT或者XShell连接服务器时一样。

下面是官网上的入门案例：

<!doctype html>
 <html>
  <head>
    <link rel="stylesheet" href="node_modules/xterm/css/xterm.css" />
    <script src="node_modules/xterm/lib/xterm.js"></script>
  </head>
  <body>
    <div id="terminal"></div>
    <script>
      var term = new Terminal();
      term.open(document.getElementById('terminal'));
      term.write('Hello from \x1B[1;3;31mxterm.js\x1B[0m $ ')
    </script>
  </body>
 </html>

最终测试，页面就是下面这个样子：

xterm入门

可以看到页面已经出现了类似与shell的样式，那就根据这个继续深入，实现一个webssh。

后端实现

由于xterm只要只是实现了前端的样式，并不能真正地实现与服务器交互，与服务器交互主要还是靠我们Java后端来进行控制的，所以我们从后端开始，使用jsch+websocket实现这部分内容。

WebSocket配置

由于消息实时推送到前端需要用到WebSocket，不了解WebSocket的同学可以先去自行了解一下，这里就不过多介绍了，我们直接开始进行WebSocket的配置。

  /**
  * @Description: websocket配置
  * @Author: NoCortY
  * @Date: 2020/3/8
  */
  @Configuration
  @EnableWebSocket
  public class WebSSHWebSocketConfig implements WebSocketConfigurer{
      @Autowired
      WebSSHWebSocketHandler webSSHWebSocketHandler;
      @Override
      public void registerWebSocketHandlers(WebSocketHandlerRegistry webSocketHandlerRegistry) {
          //socket通道
          //指定处理器和路径，并设置跨域
          webSocketHandlerRegistry.addHandler(webSSHWebSocketHandler, "/webssh")
                  .addInterceptors(new WebSocketInterceptor())
                  .setAllowedOrigins("*");
      }
  }

处理器(Handler)和拦截器(Interceptor)的实现

刚才我们完成了WebSocket的配置，并指定了一个处理器和拦截器。所以接下来就是处理器和拦截器的实现。

拦截器：

  public class WebSocketInterceptor implements HandshakeInterceptor {
      /**
       * @Description: Handler处理前调用
       * @Param: [serverHttpRequest, serverHttpResponse, webSocketHandler, map]
       * @return: boolean
       * @Author: NoCortY
       * @Date: 2020/3/1
       */
      @Override
      public boolean beforeHandshake(ServerHttpRequest serverHttpRequest, ServerHttpResponse serverHttpResponse, WebSocketHandler webSocketHandler, Map<String, Object> map) throws Exception {
          if (serverHttpRequest instanceof ServletServerHttpRequest) {
              ServletServerHttpRequest request = (ServletServerHttpRequest) serverHttpRequest;
              //生成一个UUID，这里由于是独立的项目，没有用户模块，所以可以用随机的UUID
              //但是如果要集成到自己的项目中，需要将其改为自己识别用户的标识
              String uuid = UUID.randomUUID().toString().replace("-","");
              //将uuid放到websocketsession中
              map.put(ConstantPool.USER_UUID_KEY, uuid);
              return true;
          } else {
              return false;
          }
      }

      @Override
      public void afterHandshake(ServerHttpRequest serverHttpRequest, ServerHttpResponse serverHttpResponse, WebSocketHandler webSocketHandler, Exception e) {

      }
  }

处理器：

  /**
  * @Description: WebSSH的WebSocket处理器
  * @Author: NoCortY
  * @Date: 2020/3/8
  */
  @Component
  public class WebSSHWebSocketHandler implements WebSocketHandler{
      @Autowired
      private WebSSHService webSSHService;
      private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(WebSSHWebSocketHandler.class);

      /**
       * @Description: 用户连接上WebSocket的回调
       * @Param: [webSocketSession]
       * @return: void
       * @Author: Object
       * @Date: 2020/3/8
       */
      @Override
      public void afterConnectionEstablished(WebSocketSession webSocketSession) throws Exception {
          logger.info("用户:{},连接WebSSH", webSocketSession.getAttributes().get(ConstantPool.USER_UUID_KEY));
          //调用初始化连接
          webSSHService.initConnection(webSocketSession);
      }

      /**
       * @Description: 收到消息的回调
       * @Param: [webSocketSession, webSocketMessage]
       * @return: void
       * @Author: NoCortY
       * @Date: 2020/3/8
       */
      @Override
      public void handleMessage(WebSocketSession webSocketSession, WebSocketMessage<?> webSocketMessage) throws Exception {
          if (webSocketMessage instanceof TextMessage) {
              logger.info("用户:{},发送命令:{}", webSocketSession.getAttributes().get(ConstantPool.USER_UUID_KEY), webSocketMessage.toString());
              //调用service接收消息
              webSSHService.recvHandle(((TextMessage) webSocketMessage).getPayload(), webSocketSession);
          } else if (webSocketMessage instanceof BinaryMessage) {

          } else if (webSocketMessage instanceof PongMessage) {

          } else {
              System.out.println("Unexpected WebSocket message type: " + webSocketMessage);
          }
      }

      /**
       * @Description: 出现错误的回调
       * @Param: [webSocketSession, throwable]
       * @return: void
       * @Author: Object
       * @Date: 2020/3/8
       */
      @Override
      public void handleTransportError(WebSocketSession webSocketSession, Throwable throwable) throws Exception {
          logger.error("数据传输错误");
      }

      /**
       * @Description: 连接关闭的回调
       * @Param: [webSocketSession, closeStatus]
       * @return: void
       * @Author: NoCortY
       * @Date: 2020/3/8
       */
      @Override
      public void afterConnectionClosed(WebSocketSession webSocketSession, CloseStatus closeStatus) throws Exception {
          logger.info("用户:{}断开webssh连接", String.valueOf(webSocketSession.getAttributes().get(ConstantPool.USER_UUID_KEY)));
          //调用service关闭连接
          webSSHService.close(webSocketSession);
      }

      @Override
      public boolean supportsPartialMessages() {
          return false;
      }
  }

需要注意的是，我在拦截器中加入的用户标识是使用了随机的UUID，这是因为作为一个独立的websocket项目，没有用户模块，如果需要将这个项目集成到自己的项目中，需要修改这部分代码，将其改为自己项目中识别一个用户所用的用户标识。

WebSSH的业务逻辑实现（核心）

刚才我们实现了websocket的配置，都是一些死代码，实现了接口再根据自身需求即可实现，现在我们将进行后端主要业务逻辑的实现，在实现这个逻辑之前，我们先来想想，WebSSH，我们主要想要呈现一个什么效果。

我这里做了一个总结：

1.首先我们得先连接上终端（初始化连接）

2.其次我们的服务端需要处理来自前端的消息（接收并处理前端消息）

3.我们需要将终端返回的消息回写到前端（数据回写前端）

4.关闭连接

根据这四个需求，我们先定义一个接口，这样可以让需求明了起来。

  /**
   * @Description: WebSSH的业务逻辑
   * @Author: NoCortY
   * @Date: 2020/3/7
   */
  public interface WebSSHService {
      /**
       * @Description: 初始化ssh连接
       * @Param:
       * @return:
       * @Author: NoCortY
       * @Date: 2020/3/7
       */
      public void initConnection(WebSocketSession session);

      /**
       * @Description: 处理客户段发的数据
       * @Param:
       * @return:
       * @Author: NoCortY
       * @Date: 2020/3/7
       */
      public void recvHandle(String buffer, WebSocketSession session);

      /**
       * @Description: 数据写回前端 for websocket
       * @Param:
       * @return:
       * @Author: NoCortY
       * @Date: 2020/3/7
       */
      public void sendMessage(WebSocketSession session, byte[] buffer) throws IOException;

      /**
       * @Description: 关闭连接
       * @Param:
       * @return:
       * @Author: NoCortY
       * @Date: 2020/3/7
       */
      public void close(WebSocketSession session);
  }

现在我们可以根据这个接口去实现我们定义的功能了。

1.初始化连接

由于我们的底层是依赖jsch实现的，所以这里是需要使用jsch去建立连接的。而所谓初始化连接，实际上就是将我们所需要的连接信息，保存在一个Map中，这里并不进行任何的真实连接操作。为什么这里不直接进行连接？因为这里前端只是连接上了WebSocket，但是我们还需要前端给我们发来linux终端的用户名和密码，没有这些信息，我们是无法进行连接的。

     public void initConnection(WebSocketSession session) {
             JSch jSch = new JSch();
             SSHConnectInfo sshConnectInfo = new SSHConnectInfo();
             sshConnectInfo.setjSch(jSch);
             sshConnectInfo.setWebSocketSession(session);
             String uuid = String.valueOf(session.getAttributes().get(ConstantPool.USER_UUID_KEY));
             //将这个ssh连接信息放入map中
             sshMap.put(uuid, sshConnectInfo);
     }

2.处理客户端发送的数据

在这一步骤中，我们会分为两个分支。

第一个分支：如果客户端发来的是终端的用户名和密码等信息，那么我们进行终端的连接。
第二个分支：如果客户端发来的是操作终端的命令，那么我们就直接转发到终端并且获取终端的执行结果。

具体代码实现：

     public void recvHandle(String buffer, WebSocketSession session) {
             ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();
             WebSSHData webSSHData = null;
             try {
                 //转换前端发送的JSON
                 webSSHData = objectMapper.readValue(buffer, WebSSHData.class);
             } catch (IOException e) {
                 logger.error("Json转换异常");
                 logger.error("异常信息:{}", e.getMessage());
                 return;
             }
         //获取刚才设置的随机的uuid
             String userId = String.valueOf(session.getAttributes().get(ConstantPool.USER_UUID_KEY));
             if (ConstantPool.WEBSSH_OPERATE_CONNECT.equals(webSSHData.getOperate())) {
                 //如果是连接请求
                 //找到刚才存储的ssh连接对象
                 SSHConnectInfo sshConnectInfo = (SSHConnectInfo) sshMap.get(userId);
                 //启动线程异步处理
                 WebSSHData finalWebSSHData = webSSHData;
                 executorService.execute(new Runnable() {
                     @Override
                     public void run() {
                         try {
                             //连接到终端
                             connectToSSH(sshConnectInfo, finalWebSSHData, session);
                         } catch (JSchException | IOException e) {
                             logger.error("webssh连接异常");
                             logger.error("异常信息:{}", e.getMessage());
                             close(session);
                         }
                     }
                 });
             } else if (ConstantPool.WEBSSH_OPERATE_COMMAND.equals(webSSHData.getOperate())) {
                 //如果是发送命令的请求
                 String command = webSSHData.getCommand();
                 SSHConnectInfo sshConnectInfo = (SSHConnectInfo) sshMap.get(userId);
                 if (sshConnectInfo != null) {
                     try {
                         //发送命令到终端
                         transToSSH(sshConnectInfo.getChannel(), command);
                     } catch (IOException e) {
                         logger.error("webssh连接异常");
                         logger.error("异常信息:{}", e.getMessage());
                         close(session);
                     }
                 }
             } else {
                 logger.error("不支持的操作");
                 close(session);
             }
     }

3.数据通过websocket发送到前端

     public void sendMessage(WebSocketSession session, byte[] buffer) throws IOException {
             session.sendMessage(new TextMessage(buffer));
     }

4.关闭连接

     public void close(WebSocketSession session) {
         //获取随机生成的uuid
             String userId = String.valueOf(session.getAttributes().get(ConstantPool.USER_UUID_KEY));
             SSHConnectInfo sshConnectInfo = (SSHConnectInfo) sshMap.get(userId);
             if (sshConnectInfo != null) {
                 //断开连接
                 if (sshConnectInfo.getChannel() != null) sshConnectInfo.getChannel().disconnect();
                 //map中移除该ssh连接信息
                 sshMap.remove(userId);
             }
     }

至此，我们的整个后端实现就结束了，由于篇幅有限，这里将一些操作封装成了方法，就不做过多展示了，重点讲逻辑实现的思路吧。接下来我们将进行前端的实现。

前端实现

前端工作主要分为这么几个步骤：

页面的实现
连接WebSocket并完成数据的接收并回写
数据的发送

所以我们一步一步来实现它。

页面实现

页面的实现很简单，我们只不过需要在一整个屏幕上都显示终端那种大黑屏幕，所以我们并不用写什么样式，只需要创建一个div，之后将terminal实例通过xterm放到这个div中，就可以实现了。

  <!doctype html>
  <html>
  <head>
      <title>WebSSH</title>
      <link rel="stylesheet" href="../css/xterm.css" />
  </head>
  <body>
  <div id="terminal" style="width: 100%;height: 100%"></div>

  <script src="../lib/jquery-3.4.1/jquery-3.4.1.min.js"></script>
  <script src="../js/xterm.js" charset="utf-8"></script>
  <script src="../js/webssh.js" charset="utf-8"></script>
  <script src="../js/base64.js" charset="utf-8"></script>
  </body>
  </html>

连接WebSocket并完成数据的发送、接收、回写

  openTerminal( {
      //这里的内容可以写死，但是要整合到项目中时，需要通过参数的方式传入，可以动态连接某个终端。
          operate:'connect',
          host: 'ip地址',
          port: '端口号',
          username: '用户名',
          password: '密码'
      });
      function openTerminal(options){
          var client = new WSSHClient();
          var term = new Terminal({
              cols: 97,
              rows: 37,
              cursorBlink: true, // 光标闪烁
              cursorStyle: "block", // 光标样式  null | 'block' | 'underline' | 'bar'
              scrollback: 800, //回滚
              tabStopWidth: 8, //制表宽度
              screenKeys: true
          });

          term.on('data', function (data) {
              //键盘输入时的回调函数
              client.sendClientData(data);
          });
          term.open(document.getElementById('terminal'));
          //在页面上显示连接中...
          term.write('Connecting...');
          //执行连接操作
          client.connect({
              onError: function (error) {
                  //连接失败回调
                  term.write('Error: ' + error + '\r\n');
              },
              onConnect: function () {
                  //连接成功回调
                  client.sendInitData(options);
              },
              onClose: function () {
                  //连接关闭回调
                  term.write("\rconnection closed");
              },
              onData: function (data) {
                  //收到数据时回调
                  term.write(data);
              }
          });
      }