在 Java 中，如何从已打开的 C 套接字的文件描述符中获取 Socket 或 DatagramSocket？

Question

我有一个分成两部分的 Linux 程序。

其中一部分进行 NAT 遍历以获得 UDP 套接字（UDP 打孔）或 TCP 套接字（TCP 打孔）。第一部分是用 C 编写的，以允许促进或增强 NAT 遍历过程的本机功能。第二部分实际上使用了通过第一部分执行的 NAT 遍历获得的连接套接字。

现在问题来了。我希望第一部分，即获取套接字的部分，独立于第二部分，即将套接字用于特定应用目的的部分。例如，我希望第一部分可重用于各种不同的应用程序，这些应用程序都需要在对等点之间建立的 UDP 和 TCP 连接。

现在，我希望第二部分（应用程序部分）用 Java 而不是 C 或 C++ 编写。我希望第二部分使用由负责 NAT 遍历的 C 代码获得的套接字连接。假设第一部分建立了一个连接，然后返回一个结构：

// Represents a TCP or UDP connection that was obtained in part one.
struct ConnectionObtained {
    int socket_file_descriptor;
    int source_port;
    int destination_port;
    int source_address; // 4 byte ipv4 address
    int destination_address;
    int is_UDP; // 1 for UDP client socket, 0 for TCP client socket 
};

第一部分中的 C 代码可以通过 JNI（Java 本地接口）或通过进程间通信将这个 POD/结构提供给第二部分中的 Java 代码。

我希望 Java 代码使用该信息来构造一个声明类型为 java.net.DatagramSocket 或 java.net.Socket 的对象，然后在需要 DatagramSocket 或 Socket 的任何地方使用该对象。

作为起点，请考虑以下示例代码...

/** 
 * Determines the Unix file descriptor number of the given  {@link ServerSocket}.
 */
private int getUnixFileDescriptor(ServerSocket ss) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException {
  Field $impl=ss.getClass().getDeclaredField("impl");
  $impl.setAccessible(true);
  SocketImpl socketImpl=(SocketImpl)$impl.get(ss);
  Method $getFileDescriptor=SocketImpl.class.getDeclaredMethod("getFileDescriptor");
  $getFileDescriptor.setAccessible(true);
  FileDescriptor fd=(FileDescriptor)$getFileDescriptor.invoke(socketImpl);
  Field $fd=fd.getClass().getDeclaredField("fd");
  $fd.setAccessible(true);
  return (Integer)$fd.get(fd);
}

代码看起来可以“在给定的文件描述符上重新创建绑定的 {@link ServerSocket}”。这是否意味着也可以“在给定的文件描述符上重新创建绑定的 {@link java.net.Socket}”？绑定的 {@link java.net.DatagramSocket} 怎么样？

/** 
 * Recreates a bound  {@link ServerSocket} on the given file descriptor.
 */
private ServerSocket recreateServerSocket(int fdn) throws Exception {
  FileDescriptor fd=new FileDescriptor();
  Field $fd=FileDescriptor.class.getDeclaredField("fd");
  $fd.setAccessible(true);
  $fd.set(fd,fdn);
  Class $PlainSocketImpl=Class.forName("java.net.PlainSocketImpl");
  Constructor $init=$PlainSocketImpl.getDeclaredConstructor(FileDescriptor.class);
  $init.setAccessible(true);
  SocketImpl socketImpl=(SocketImpl)$init.newInstance(fd);
  ServerSocket ss=new ServerSocket();
  ss.bind(new InetSocketAddress(0));
  Field $impl=ServerSocket.class.getDeclaredField("impl");
  $impl.setAccessible(true);
  $impl.set(ss,socketImpl);
  return ss;
}

Answer 1

您在问两个不同的问题。你能从一个单独的进程中编写的 C 代码传递一个绑定的套接字，你能从同一个进程中编写的 C 代码传递一个绑定的套接字吗？

对于第一部分，不，如果 C 代码在一个应用程序中而 Java 代码在另一个应用程序中是不可能的，因为如果可能的话，多个不同的应用程序将能够绕过一个套接字（没有 SCM_RIGHTS）。杀死最初创建和绑定套接字的应用程序会给使用/共享该套接字的其他应用程序带来问题。

至于让 C 代码位于 Java 应用程序的本机部分（即通过 jni），在这种情况下，操作系统将无法区分套接字是位于用户代码的 Java 部分还是C部分，所以你不会遇到上一段介绍的问题。可以在 Java 和本机代码之间传递一个套接字（文件描述符 int 和本机套接字描述符）（请参阅link），但这并不能告诉您在这种情况下它是否实用。

至于从来自 jni 代码的绑定套接字文件描述符制作 java.net.Socket 或 java.net.DatagramSocket，我不知道。您必须自己尝试一下。

Answer 2

您可以在进程之间传输文件描述符（至少在 POSIX 系统上）accroding Can I share a file descriptor to another process on linux or are they local to the process?

正如 cmets 中提到的（感谢@Andrew Henle），您可以通过反射破解 Java 并为现有文件描述符创建 IO 流：Can I get a Java Socket from a file descriptor number? 还可以扩展 Socket 类并覆盖 getInputStream/getOutputStream 方法。

但实际上我建议您使用第一部分作为代理。 Java 部分只是在 localhost 上打开服务器套接字，然后 C++ 部分在 localhost 和 WAN 地址之间重新传输流量。