Pierce

Pierce 是一个基于 Netty 实现的 TCP 内网穿透学习项目，用来把内网服务通过公网服务器暴露出去。它不是一个完整生产级代理系统，而是围绕长连接管理、端口映射、心跳保活和数据转发链路做的一次工程练习。

GitHub README 更适合放安装、配置和启动命令，这里主要记录项目定位、核心链路和实现取舍。

运行效果

服务端和客户端建立连接后，客户端可以向服务端注册本地服务映射。外部请求访问服务端暴露的端口时，流量会被转发回内网客户端，再由客户端转发到本地服务。

项目定位

这个项目的重点不是替代 frp、ngrok 这类成熟工具，而是拆开内网穿透背后的基础问题：

• 公网服务端如何同时维护外部用户连接和内网客户端控制通道。
• 客户端断线后如何重连，并恢复可用状态。
• 多个代理端口如何注册、校验和分发。
• 数据转发时如何把一组外部连接和一组内网连接绑定起来。
• 长连接系统里心跳、断开、异常关闭应该如何处理。

项目拆成 pierce-server、pierce-client 和 pierce-common 三部分。Server 负责公网入口和连接调度，Client 负责连接 Server 并访问本地服务，Common 放共享消息体和协议常量。

核心转发链路

Pierce 的主流程可以理解成两条通道协作：

1. Client 启动后，先和 Server 建立控制通道。
2. Client 通过控制通道向 Server 注册一个或多个远程端口。
3. 外部用户连接 Server 的远程端口时，Server 生成一次连接上下文。
4. Server 通知 Client 为这次外部连接建立对应的本地连接。
5. Client 连接本地服务后，两端通过连接标识转发字节数据。
6. 任意一侧断开时，另一侧收到断开消息并清理连接资源。

这种设计把“控制消息”和“真实数据转发”放在同一个 Netty 事件模型里处理，代码更容易观察完整链路，也方便在日志里复盘连接生命周期。

实现重点

控制通道

Client 和 Server 之间保持一条长连接，用于认证、端口注册、心跳、连接建立和连接关闭通知。这个通道是整个系统的调度入口，如果它断开，Server 侧对应的代理端口就不应该继续被视为稳定可用。

连接映射

当外部用户访问远程端口时，Server 需要知道这个端口归哪个 Client 负责，并为这次访问生成连接标识。后续数据包都依赖这个标识找到对应的 Channel，避免多个用户连接互相串流。

心跳与重连

长连接项目不能只处理“正常请求”。Pierce 加入了心跳保活和 Client 断线重连，用来处理网络抖动、服务重启和连接半开等常见情况。这里的实现偏学习性质，但已经能覆盖基本的断线恢复流程。

端口冲突处理

远程端口是公网入口，不能被多个 Client 随意抢占。Server 在注册代理端口时会做冲突判断，避免后注册的 Client 覆盖已有映射。

技术取舍

当前版本为了把链路跑通，协议层使用 Java 对象序列化承载控制消息和转发数据。这让早期开发更直接，但也带来安全、性能和跨语言扩展问题。如果继续演进，应该替换为 Protobuf 或自定义二进制协议。

传输层目前仍是明文 TCP，没有引入 TLS 或应用层加密。对于学习 Netty 和连接模型来说这足够清晰，但真实环境需要补齐鉴权、加密、限流、审计和更完整的异常处理。

项目也没有做复杂的控制台和持久化配置，主要通过服务端、客户端进程和配置文件完成演示。这让代码更轻，但不适合直接当作生产工具维护大量节点。

当前边界

• 只支持 TCP 转发，暂不支持 UDP。
• 鉴权机制仍然很轻，不能抵御恶意 Client 接入。
• 协议格式不适合跨语言客户端。
• 缺少流量统计、连接观测和管理后台。
• 断线恢复能覆盖基础场景，但还没有做到完整的会话续传。

后续方向

后续如果继续完善，我会优先处理这些点：

• 用 Protobuf 或自定义二进制协议替换 Java 序列化。
• 增加 Token 鉴权和传输加密。
• 补充连接指标、端口状态和流量统计。
• 改进异常关闭、半开连接和资源回收策略。
• 探索 UDP 转发和更灵活的多客户端管理。