1. 协议的作用
TCP/IP 中消息传输基于流的方式，没有边界
协议的目的就是划定消息的边界，制定通信双方要共同遵守的通信规则
2. Redis 协议
如果我们要向 Redis 服务器发送一条 set name Nyima 的指令，需要遵守如下协议
// 该指令一共有3部分，每条指令之后都要添加回车与换行符
*3\r\n
// 第一个指令的长度是3
$3\r\n
// 第一个指令是set指令
set\r\n
// 下面的指令以此类推
$4\r\n
name\r\n
$5\r\n
Nyima\r\n
客户端代码如下
public class RedisClient {
static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(StudyServer.class);
public static void main(String[] args) {
NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
try {
ChannelFuture channelFuture = new Bootstrap()
.group(group)
.channel(NioSocketChannel.class)
.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) {
// 打印日志
ch.pipeline().addLast(new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG));
ch.pipeline().addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter() {
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
// 回车与换行符
final byte[] LINE = {'\r','\n'};
// 获得ByteBuf
ByteBuf buffer = ctx.alloc().buffer();
// 连接建立后，向Redis中发送一条指令，注意添加回车与换行
// set name Nyima
buffer.writeBytes("*3".getBytes());
buffer.writeBytes(LINE);
buffer.writeBytes("$3".getBytes());
buffer.writeBytes(LINE);
buffer.writeBytes("set".getBytes());
buffer.writeBytes(LINE);
buffer.writeBytes("$4".getBytes());
buffer.writeBytes(LINE);
buffer.writeBytes("name".getBytes());
buffer.writeBytes(LINE);
buffer.writeBytes("$5".getBytes());
buffer.writeBytes(LINE);
buffer.writeBytes("Nyima".getBytes());
buffer.writeBytes(LINE);
ctx.writeAndFlush(buffer);
}
});
}
})
.connect(new InetSocketAddress("localhost", 6379));
channelFuture.sync();
// 关闭channel
channelFuture.channel().close().sync();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
// 关闭group
group.shutdownGracefully();
}
}
}
控制台打印结果
1600 [nioEventLoopGroup-2-1] DEBUG io.netty.handler.logging.LoggingHandler - [id: 0x28c994f1, L:/127.0.0.1:60792 - R:localhost/127.0.0.1:6379] WRITE: 34B
+-------------------------------------------------+
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 2a 33 0d 0a 24 33 0d 0a 73 65 74 0d 0a 24 34 0d |*3..$3..set..$4.|
|00000010| 0a 6e 61 6d 65 0d 0a 24 35 0d 0a 4e 79 69 6d 61 |.name..$5..Nyima|
|00000020| 0d 0a |.. |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
Redis 中查询执行结果
3. HTTP 协议
HTTP 协议在请求行请求头中都有很多的内容，自己实现较为困难，可以使用 HttpServerCodec 作为服务器端的解码器与编码器，来处理 HTTP 请求
// HttpServerCodec 中既有请求的解码器 HttpRequestDecoder 又有响应的编码器 HttpResponseEncoder
// Codec(CodeCombine) 一般代表该类既作为 编码器 又作为 解码器
public final class HttpServerCodec extends CombinedChannelDuplexHandler<HttpRequestDecoder, HttpResponseEncoder>
implements HttpServerUpgradeHandler.SourceCodec
服务器代码
public class HttpServer {
static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(StudyServer.class);
public static void main(String[] args) {
NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
new ServerBootstrap()
.group(group)
.channel(NioServerSocketChannel.class)
.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) {
ch.pipeline().addLast(new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG));
// 作为服务器，使用 HttpServerCodec 作为编码器与解码器
ch.pipeline().addLast(new HttpServerCodec());
// 服务器只处理HTTPRequest
ch.pipeline().addLast(new SimpleChannelInboundHandler<HttpRequest>() {
@Override
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, HttpRequest msg) {
// 获得请求uri
log.debug(msg.uri());
// 获得完整响应，设置版本号与状态码
DefaultFullHttpResponse response = new DefaultFullHttpResponse(msg.protocolVersion(), HttpResponseStatus.OK);
// 设置响应内容
byte[] bytes = "<h1>Hello, World!</h1>".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
// 设置响应体长度，避免浏览器一直接收响应内容
response.headers().setInt(CONTENT_LENGTH, bytes.length);
// 设置响应体
response.content().writeBytes(bytes);
// 写回响应
ctx.writeAndFlush(response);
}
});
}
})
.bind(8080);
}
}
服务器负责处理请求并响应浏览器。所以只需要处理 HTTP 请求即可
// 服务器只处理HTTPRequest
ch.pipeline().addLast(new SimpleChannelInboundHandler<HttpRequest>()
获得请求后，需要返回响应给浏览器。需要创建响应对象 DefaultFullHttpResponse，设置 HTTP 版本号及状态码，为避免浏览器获得响应后，因为获得 CONTENT_LENGTH 而一直空转，需要添加 CONTENT_LENGTH 字段，表明响应体中数据的具体长度
// 获得完整响应，设置版本号与状态码
DefaultFullHttpResponse response = new DefaultFullHttpResponse(msg.protocolVersion(), HttpResponseStatus.OK);
// 设置响应内容
byte[] bytes = "<h1>Hello, World!</h1>".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
// 设置响应体长度，避免浏览器一直接收响应内容
response.headers().setInt(CONTENT_LENGTH, bytes.length);
// 设置响应体
response.content().writeBytes(bytes);
运行结果
浏览器
// 请求内容
1714 [nioEventLoopGroup-2-2] DEBUG io.netty.handler.logging.LoggingHandler - [id: 0x72630ef7, L:/0:0:0:0:0:0:0:1:8080 - R:/0:0:0:0:0:0:0:1:55503] READ: 688B
+-------------------------------------------------+
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 47 45 54 20 2f 66 61 76 69 63 6f 6e 2e 69 63 6f |GET /favicon.ico|
|00000010| 20 48 54 54 50 2f 31 2e 31 0d 0a 48 6f 73 74 3a | HTTP/1.1..Host:|
|00000020| 20 6c 6f 63 61 6c 68 6f 73 74 3a 38 30 38 30 0d | localhost:8080.|
|00000030| 0a 43 6f 6e 6e 65 63 74 69 6f 6e 3a 20 6b 65 65 |.Connection: kee|
|00000040| 70 2d 61 6c 69 76 65 0d 0a 50 72 61 67 6d 61 3a |p-alive..Pragma:|
....
// 响应内容
1716 [nioEventLoopGroup-2-2] DEBUG io.netty.handler.logging.LoggingHandler - [id: 0x72630ef7, L:/0:0:0:0:0:0:0:1:8080 - R:/0:0:0:0:0:0:0:1:55503] WRITE: 61B
+-------------------------------------------------+
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 48 54 54 50 2f 31 2e 31 20 32 30 30 20 4f 4b 0d |HTTP/1.1 200 OK.|
|00000010| 0a 43 6f 6e 74 65 6e 74 2d 4c 65 6e 67 74 68 3a |.Content-Length:|
|00000020| 20 32 32 0d 0a 0d 0a 3c 68 31 3e 48 65 6c 6c 6f | 22....<h1>Hello|
|00000030| 2c 20 57 6f 72 6c 64 21 3c 2f 68 31 3e |, World!</h1> |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
4. 自定义协议
组成要素
-
魔数：用来在第一时间判定接收的数据是否为无效数据包
-
版本号：可以支持协议的升级
-
序列化算法
：消息正文到底采用哪种序列化反序列化方式
- 如：json、protobuf、hessian、jdk
-
指令类型：是登录、注册、单聊、群聊… 跟业务相关
-
请求序号：为了双工通信，提供异步能力
-
正文长度
-
消息正文
编码器与解码器
public class MessageCodec extends ByteToMessageCodec<Message> {
@Override
protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, Message msg, ByteBuf out) throws Exception {
// 设置魔数 4个字节
out.writeBytes(new byte[]{'N','Y','I','M'});
// 设置版本号 1个字节
out.writeByte(1);
// 设置序列化方式 1个字节
out.writeByte(1);
// 设置指令类型 1个字节
out.writeByte(msg.getMessageType());
// 设置请求序号 4个字节
out.writeInt(msg.getSequenceId());
// 为了补齐为16个字节，填充1个字节的数据
out.writeByte(0xff);
// 获得序列化后的msg
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(msg);
byte[] bytes = bos.toByteArray();
// 获得并设置正文长度 长度用4个字节标识
out.writeInt(bytes.length);
// 设置消息正文
out.writeBytes(bytes);
}
@Override
protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List<Object> out) throws Exception {
// 获取魔数
int magic = in.readInt();
// 获取版本号
byte version = in.readByte();
// 获得序列化方式
byte seqType = in.readByte();
// 获得指令类型
byte messageType = in.readByte();
// 获得请求序号
int sequenceId = in.readInt();
// 移除补齐字节
in.readByte();
// 获得正文长度
int length = in.readInt();
// 获得正文
byte[] bytes = new byte[length];
in.readBytes(bytes, 0, length);
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(bytes));
Message message = (Message) ois.readObject();
// 将信息放入List中，传递给下一个handler
out.add(message);
// 打印获得的信息正文
System.out.println("===========魔数===========");
System.out.println(magic);
System.out.println("===========版本号===========");
System.out.println(version);
System.out.println("===========序列化方法===========");
System.out.println(seqType);
System.out.println("===========指令类型===========");
System.out.println(messageType);
System.out.println("===========请求序号===========");
System.out.println(sequenceId);
System.out.println("===========正文长度===========");
System.out.println(length);
System.out.println("===========正文===========");
System.out.println(message);
}
}
- 编码器与解码器方法源于父类 ByteToMessageCodec，通过该类可以自定义编码器与解码器， 泛型类型为被编码与被解码的类。此处使用了自定义类 Message，代表消息
public class MessageCodec extends ByteToMessageCodec<Message>
-
编码器负责将附加信息与正文信息写入到 ByteBuf 中，其中附加信息总字节数最好为 2n，不足需要补齐。正文内容如果为对象，需要通过序列化将其放入到 ByteBuf 中
-
解码器负责将 ByteBuf 中的信息取出，并放入 List 中，该 List 用于将信息传递给下一个 handler
编写测试类
public class TestCodec {
static final org.slf4j.Logger log = LoggerFactory.getLogger(StudyServer.class);
public static void main(String[] args) throws Exception {
EmbeddedChannel channel = new EmbeddedChannel();
// 添加解码器，避免粘包半包问题
channel.pipeline().addLast(new LengthFieldBasedFrameDecoder(1024, 12, 4, 0, 0));
channel.pipeline().addLast(new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG));
channel.pipeline().addLast(new MessageCodec());
LoginRequestMessage user = new LoginRequestMessage("Nyima", "123");
// 测试编码与解码
ByteBuf byteBuf = ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer();
new MessageCodec().encode(null, user, byteBuf);
channel.writeInbound(byteBuf);
}
}
- 测试类中用到了 LengthFieldBasedFrameDecoder，避免粘包半包问题
- 通过 MessageCodec 的 encode 方法将附加信息与正文写入到 ByteBuf 中，通过 channel 执行入站操作。入站时会调用 decode 方法进行解码
运行结果
@Sharable 注解
为了提高 handler 的复用率，可以将 handler 创建为 handler 对象，然后在不同的 channel 中使用该 handler 对象进行处理操作
LoggingHandler loggingHandler = new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG);
// 不同的channel中使用同一个handler对象，提高复用率
channel1.pipeline().addLast(loggingHandler);
channel2.pipeline().addLast(loggingHandler);
但是并不是所有的 handler 都能通过这种方法来提高复用率的，例如 LengthFieldBasedFrameDecoder。如果多个 channel 中使用同一个 LengthFieldBasedFrameDecoder 对象，则可能发生如下问题
-
channel1 中收到了一个半包，LengthFieldBasedFrameDecoder 发现不是一条完整的数据，则没有继续向下传播
-
此时 channel2 中也收到了一个半包，因为两个 channel 使用了同一个 LengthFieldBasedFrameDecoder，存入其中的数据刚好拼凑成了一个完整的数据包。LengthFieldBasedFrameDecoder 让该数据包继续向下传播，最终引发错误
为了提高 handler 的复用率，同时又避免出现一些并发问题，Netty 中原生的 handler 中用 @Sharable 注解来标明，该 handler 能否在多个 channel 中进行共享。
只有带有该注解，才能通过对象的方式被共享，否则无法被共享
自定义编解码器能否使用 @Sharable 注解
这需要根据自定义的 handler 的处理逻辑进行分析
我们的 MessageCodec 本身接收的是 LengthFieldBasedFrameDecoder 处理之后的数据，那么数据肯定是完整的，按分析来说是可以添加 @Sharable 注解的
但是实际情况我们并不能添加该注解，会抛出异常信息 ChannelHandler cn.nyimac.study.day8.protocol.MessageCodec is not allowed to be shared
-
因为 MessageCodec 继承自 ByteToMessageCodec，ByteToMessageCodec 类的注解如下
这就意味着 ByteToMessageCodec 不能被多个 channel 所共享的
- 原因：因为该类的目标是：将 ByteBuf 转化为 Message，意味着传进该 handler 的数据还未被处理过。所以传过来的 ByteBuf 可能并不是完整的数据，如果共享则会出现问题
如果想要共享，需要怎么办呢？
继承 MessageToMessageDecoder 即可。 该类的目标是：将已经被处理的完整数据再次被处理。传过来的 Message 如果是被处理过的完整数据，那么被共享也就不会出现问题了，也就可以使用 @Sharable 注解了。实现方式与 ByteToMessageCodec 类似
@ChannelHandler.Sharable
public class MessageSharableCodec extends MessageToMessageCodec<ByteBuf, Message> {
@Override
protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, Message msg, List<Object> out) throws Exception {
...
}
@Override
protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg, List<Object> out) throws Exception {
...
}
}
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