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File metadata and controls

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【目录】
1.前言
2.初现端倪
3.款款深入
4.责任细分
5.功能层级图
6.项目结构
7.关键类设计
8.一些设计想法
9.待优化
10.一点心得
11.效果演示
12.项目导入及运行
13.版本变化

前言

远程桌面控制的产品已经有很多很多，我做此项目的初衷并不是要开发出一个商用的产品，只是出于兴趣爱好，做一个开源的项目，之前也没有阅读过任何远程桌面控制的项目源码，只是根据自己已有的经验设计开发，肯定有许多不足，有兴趣的朋友欢迎修改优化。

初现端倪

一般需要远程控制的场景发生在公司和家之间，由于公司和家里的电脑一般都在局域网内，所以不能直接相连，需要第三方中转，所以至少有三方,如下图。

负责中转的第三方是服务器，控制端和傀儡端(被控制端)相对于服务器来说都是客户端，都和服务器直接相连，也就是说控制端不和傀儡端相连。

款款深入

约定:

  • 控制端M(Master)
  • 服务器S(Server)
  • 傀儡端P(Puppet)

为了叙述方便,以下如不做特别说明,M表示控制端,S表示服务端,P表示傀儡端。

如果要达到控制傀儡的目的，应该怎么做呢？三方之间至少要发生什么交互呢？ 三方会谈

控制端、傀儡端的接收器和服务器中的转发器都是一个，为便于流程的清晰，分开画了。

责任细分

责任细分

可以看出三者交互主要通过命令形式(命令可以带数据也可以不带数据)，发送、转发、接收命令，然后做出相应的动作。 从上图中看到，服务端不仅需要转数据，还需要记录存活的傀儡以及维护控制端和傀儡之间的关系，其实还得处理一些异常情况，比如远程过程中，傀儡断开，过一会又连接上，傀儡是否需要继续给控制端发送屏幕截图。

功能层级图

粗粒度分一下，可以分为三层：Desktop层负责UI处理，CommandHandler层负责命令处理(接收和发送),Netty网络层负责数据的网络传输。

功能层级图

具体来看一下commandHandler层： commandhandler

CommandHandlerLoader工具类会根据Netty或Desktop层传入的Command到配置文件commandhandlers中查找对应的处理类，动态加载，然后进行逻辑处理，这样对于后期命令添加是非常方便的，命令与命令之间，以及命令与Netty/Desktop之间解耦。

项目结构

总体顶目结构

这个项目一共有四个子模块:

  • server: 服务端
  • puppet: 傀儡端
  • master 控制端
  • common: 前面三者共用的一些类或接口。 各个子模块的包结构类似，我们看其中的一个子模块puppet即可。 puppet
包名 描述
commandhandler 命令处理器
constants 常量类，包括配置参数常量、异常消息常量、和消息常量
exception 自定义的一些业务异常类
netty Netty网络通信的相关类
ui 界面操作的相关类
PuppetStarter 启动器类
Resources/commandhandlers 命令对应的处理器配置文件

关键类设计

下面来看一下关键几个类的设计:

请求/响应类 Invocation

public class Invocation implements Serializable {
    /**
     * ID(客户端标识(控制端为'M',傀儡端为'P')+MAC地址+序列号)
     */
    private String id;

    /**
     * 傀儡名
     */
    private String puppetName;

    /**
     * 命令
     */
    private Enum<Commands> command;

    /**
     * 值
     */
    private Object value;

    //省略getter、setter方法

    @Override
    public String toString() {
        return "Response{" +
                "requestId='" + requestId + '\'' +
                ", puppetName='" + puppetName + '\'' +
                ", command=" + command +
                ", value=" + value +
                '}';
    }
}

其中id的作用有两点：

  1. 用于标识是来自M的请求，还是P的请求。
  2. 用于标识一次请求或响应，可以将M和P串联起来，用于请求追踪。

Invocation类是一个基类，请求类(Request)和响应类(Response)在此基础之上扩展。 Invocation类中有一个成员变量是命令command，我们来看一下:

命令类 Commands

/**
 * @author cool-coding
 * 2018/7/27
 * 命令
 */
public enum Commands{
    /**
     * 控制端或傀儡端连接服务器时的命令
     */
    CONNECT,

    /**
     * 控制命令
     * 1.主人向服务器发送控制请求
     * 2.服务器将控制命令发给傀儡
     * 3.傀儡收到控制命令，将向服务器发送截屏
     */
    CONTROL,

    /**
     * 傀儡发送心跳给服务器
     */
    HEARTBEAT,

    /**
     * 傀儡发送屏幕截图命令
     */
    SCREEN,

    /**
     * 控制端发送键盘事件
     */
    KEYBOARD,

    /**
     * 控制端发送鼠标事件
     */
    MOUSE,

    /**
     * 断开控制傀儡
     */
    TERMINATE,

    /**
     * 清晰度
     */
    QUALITY
}

目前一共有8个命令，有的命令是M和P共用，有的是一方单用。

命令处理接口 ICommandHandler

public interface ICommandHandler<T> {
    /**
     * 
     * @param ctx           当前channel处理器上下文
     * @param inbound       channel输入对象
     * @throws Exception    异常
     */
    void handle(ChannelHandlerContext ctx,T inbound) throws Exception;
}

ICommandHandler接口是所有命令处理类的父接口，Netty ChannelHandler在处理请求时，根据不同的命令，寻找对应的处理类。

一些设计想法

心跳与屏幕截图

心跳和屏幕截图都是定时向服务器发送，所以在设计时这两者同时只有一个活动即可。即发送心跳时不发送屏幕截图，发送屏幕截图时不发送心跳，控制结束后，继续发送心跳。这两者之间的控制由Puppet模块中 ConnectCommandHandler 类中的 HeartBeatAndScreenSnapShotTaskManagement 内部类控制。

命令分层

通过对用例和流程的分析，发现命令出现的频率比较高，于是考虑将命令处理单独独立出来，采取动态加载的方式，使其与ChannelHandler解耦，使用后期扩展，而且当命令很多时，不需要一次都加载，只是在使用时按需加载，减少JVM加载类的字节码量，此处参考了SPI思想。而添加命令，势必会修改界面，我使用模板模式，预留出菜单，界面体，界面属性设置等，修改时只需继续相关类并修改，然后在spring配置文件进行配置即可。

序列号和Puppet名称生成器

请求和响应类中都有ID属性，其中一部分是通过序列号生成器生成的，所以提供了 SequenceGenerate 接口和一个简单的实现类SimpleSequenceGenerator。同理还有当傀儡连接服务器时，服务器生成唯一的傀儡名，也提供了一个简单的实现类SimplePuppetNameGenerator。

图像处理

图像的数据相对于纯命令来说大了许多，所以需要想办法减少图像传输的数据，大致有两种方式：

  • 选择合适的图片格式，并进行压缩：我这里选择了jpg格式，并使用Google Thumbnailator工具进行等宽高压缩，因为jpg具有较高的压缩比,但是代价是压缩后图像的质量不是太理想。
  • 只传输变化的图像：很多时候图像变化的部分并不太多，可以只传输变化的区域，传输到控制端后，控制端只绘制变化的区域。
    (1). 像素级别: 我的思路是在傀儡端保持前一次传输时的截屏，和本次截屏图像进行像素级的比较，将不同的像素保存到一个对象数组中，记录像素的位置和像素值，传输到控制端后，根据像素位置和要替换的像素进行绘制
    (2). 区域级别：只记录变化图像的开始点(左上角)和结束点(右下角)，然后绘制以这两个点框定的矩形式区域。
    我尝试了这两种方式，没有达到很好的效果，由于时间有限，没有更深入研究，最终采取了压缩图像的方式。若有更好的方式，可以通过继承Puppet模块中抽象类AbstractRobotReplay，实现屏幕截屏方法byte[] getScreenSnapshot(),然后继承Master模块中抽像类AbstractDisplayPuppet实现其中的paint方法(也可以继承现有的实现类 PuppetScreen ，覆盖相应的方法)，然后将自定义的类在spring配置文件中配置，替换掉现在的实现类即可。

待优化

  • 快速按键的情况、双击时响应的比较慢。传输命令需要时间，所以快速按键时命令产生滞后现象，而傀儡端图像传输到控制端后，Swing是单线程处理AWT事件(鼠标、键盘、绘图等)，若此时仍在按键，则会阻塞，等到按键结束之后，再进行图像的绘制。进行了如下尝试。
    1. 将命令发送采用异步方式，将命令存放在队列中，开启一个线程依次处理，这样可以减轻awt工作负担。
    2. 鼠标移动时，在移动过程中不发送命令，等待移动结束发送：实现方式是移动事件响应方式中添加一个计数器，再采用一个延迟线程，判断计数器值是否变化，如果延迟时间到时仍没有变化，则发送“移动命令”，但当移动后单击，会先发送单击命令，再发送鼠标移动命令，也不可行。
    3. 傀儡端在发送屏幕截图时，与上一次进行比较，如果没有变化，则不发送，减少发送数据量，也减少awt负担。

一点心得

  1. 需求分析很重要，分析需求中各对象的属性和行为，以及对象之间的关系，这是后面功能、领域模型、静态/动态模型分析的基础。
  2. 设计静态模型时，需要根据SOLID原则进行设计，例如远程控制中命令较多，就抽像出一层，为每个命令单独写处理逻辑(当然多个命令也可以共用同一处理逻辑)，既符合单一职责原则，又符合开闭原则，将影响降到最低，具体很大的灵活性。又如Master模块中的 IDisplayPuppet 接口，此接口是控制端显示傀儡屏幕的接口，供控制端主窗口 MasterDesktop 和 Listener 调用。
/**
 * @author Cool-Coding
 *         2018/8/2
 * 傀儡控制屏幕接口
 */
public interface IDisplayPuppet {
    /**
     * 启动窗口显示傀儡桌面
     */
    void launch();
    /**
     * 刷新桌面
     * @param bytes
     */
    void refresh(byte[] bytes);
    /**
     *
     * @return 傀儡名称
     */
    String getPuppetName();
}

接口中这三个方法前两个方法launch和refresh，都是主窗口启动傀儡控制窗口和刷新屏幕必须的方法，第三个方法是由于发送命令时，需要知道傀儡名称，而实体之间是面向接口设计的，所以需要提供获取傀儡自身名称的方法。

3.日志、异常处理

日志和异常处理是相当重要的，好的日志记录方式和好的异常处理方式能够使项目结构更加清晰，怎么样才算好呢，人者见仁，智者见智。

日志

1. 记录程序关键步骤的上下文信息，例如记录请求或响应的数据以及附加的消息，记录此处建议使用trace/debug级别。
2. 记录业务流程的日志，使用info/error级别，这一部分日志主要是应用日志，例如控制端发起控制，成功或失败消息。
3. 日志最好通过统一的口径记录，便于结构清晰和日志管理

异常

1. 一定不要catch异常不处理，而且不要catch Throwable，因为Throwable包括了Error和Exception,Error一般都是不可恢复的错误，无法在程序中手工处理，不应该catch住。
2. 一般下层在记录异常日志，并向上抛出后，上层不需要处理，直接继续向上抛出即可，如果为了让异常具体业务含义，便于异常问题查找，可以封装一些关键的业务异常。
3. 异常最好集中处理,如springmvc:将异常集中在一个异常处理类中处理。

有两篇文章，我觉得不错，推荐给大家，我也从中参考了一些方法。

Java 日志管理最佳实践

Java异常处理的10个最佳实践

效果演示

  • Centos6.5：傀儡端
  • Windows： 控制端、服务器

  1. 启动服务器、傀儡、控制端

  2. 复制傀儡名
    傀儡名
    也可以通过日志获取:

  3. 将名称输入控制端

  4. 控制端打开一个远程屏幕

  5. 可以进行鼠标(单击，双击，右键，拖动等)或键盘(单键或组合键等)操作，并可调整屏幕清晰度。

项目导入及运行

  • 开发工具:Intellij IDEA
  • JDK1.8
  1. IntelliJ IDEA File->New->Project from version control->Github/Git
    输入Url:https://github.com/Cool-Coding/remote-desktop-control.git
  2. 导入后项目结构如下图，Maven会自动加载依赖的Jar包
  3. 调试运行
    • 配置子项目server/master/puppet resources文件夹下对应的配置文件server-config.txt/master-config.txt/puppet-config.txt 主要是配置服务器IP与端口号，其它一般保持不变即可。
    • 运行子项目server/master/puppet 类ServerStarter/MasterStarter/PuppetStart 配置好IP和端口后，分别运行Server/Master/Puppet端，Master和Puppet运行后会自动连接服务端，如果服务器不可用， Puppet会不断连接，而Master会报出错误消息，以后需要手工点击菜单连接。
  4. 发布运行 直接使用maven打包成jar,然后分别执行对应打包模块的jar包即可

版本变化

  1. V0.1.0

20180802

  • 实现控制端Master通过鼠标键盘远程控制傀儡端Puppet
  1. V0.1.1

20180916

  • master: 命令使用队列方式，单线程消费，减轻awt压力，加快响应屏幕刷新
  • puppet获取屏幕截图时，若前后两次获取的屏幕截图无变化，则不发送。
  • bugs fixed
    • puppet重连时之前发送心跳的任务仍在运行
  1. V0.1.2

20181221

  • 当puppet重连服务端时，保持ID不变
  • master的命令保存到阻塞队列中，再由单线程取出发给服务器 多个mouse moved命令，只发送最后一个mouse moved命令，减少 无效命令和带宽流量
  • bugs fixed
    • puppet两次截图不变化，则不再发送截图，如果master断开，则无法检测到，修改为屏幕截图无变化时，发送心跳数据包
    • master由于某些原因在没有向puppet发送TERMINATE命令时断开，则Master再次请求被控制Puppet时， 若puppet中本次截图与上次截图数据一样，则不发送，则Master控制端会不显示puppet屏幕截图
  • 优化体验
    • master向puppet发送命令失败，如果鼠标移动，则会一有移动就发送，导致反复出现相同消息
  1. V0.1.3

20210117

  • 使用Maven打包
  • 修复master关闭链接后无法再次链接问题
  1. V0.1.4

20210124

  • 优化puppet响应master控制命令性能
  • 解耦robot与puppet,为puppet提供gorobot、javarobot两种robot,并可灵活配置; puppet与gorobot之间通过GRPC通信

讨论

bug反馈及建议：https://github.com/Cool-Coding/remote-desktop-control/issues