Netty之协议设计

news2024/11/20 22:38:16

目录

为什么需要协议

redis协议示例

http协议举例 

自定义协议

要素

编解码器

测试

为什么需要协议

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

例如：在网络上传输

下雨天留客天留我不留

是中文一句著名的无标点符号句子，在没有标点符号情况下，这句话有数种拆解方式，而意思却是完全不同，所以常被用作讲述标点符号的重要性

一种解读

下雨天留客，天留，我不留

 另一种解读

下雨天，留客天，留我不？留

如何设计协议呢？其实就是给网络传输的信息加上“标点符号”。但通过分隔符来断句不是很好，因为分隔符本身如果用于传输，那么必须加以区分。因此，下面一种协议较为常用

定长字节表示内容长度 + 实际内容

例如，假设一个中文字符长度为 3，按照上述协议的规则，发送信息方式如下，就不会被接收方弄错意思了

0f下雨天留客06天留09我不留

redis协议示例

*3
$3
SET
$5
mykey
$7
myvalue

对于上面的内容发出的命令为SET mykey myvalue

*3表示要发三个数组

$3表示第一个数组的长度为3

后接具体的指令为SET

后面的$5 $7也是同样的道理

public class redisHttp {
    public static void main(String[] args) {
        NioEventLoopGroup worker = new NioEventLoopGroup();
        byte[] LINE={13,10};
        try {
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            bootstrap.channel(NioSocketChannel.class);
            bootstrap.group(worker);
            bootstrap.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                    ch.pipeline().addLast(new LoggingHandler());
                    ch.pipeline().addLast(new ChannelInboundHandlerAdapter(){
                        public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
                            set(ctx);
                            get(ctx);
                        };
                        private void get(ChannelHandlerContext ctx){
                            ByteBuf buf = ctx.alloc().buffer();
                            buf.writeBytes("*2".getBytes());
                            buf.writeBytes(LINE);
                            buf.writeBytes("$3".getBytes());
                            buf.writeBytes(LINE);
                            buf.writeBytes("get".getBytes());
                            buf.writeBytes(LINE);
                            buf.writeBytes("aaa".getBytes());
                            buf.writeBytes(LINE);
                            ctx.writeAndFlush(buf);
                        }

                        private  void  set(ChannelHandlerContext ctx){
                            ByteBuf buf = ctx.alloc().buffer();
                            buf.writeBytes("*3".getBytes());
                            buf.writeBytes(LINE);
                            buf.writeBytes("$3".getBytes());
                            buf.writeBytes(LINE);
                            buf.writeBytes("set".getBytes());
                            buf.writeBytes(LINE);
                            buf.writeBytes("$3".getBytes());
                            buf.writeBytes(LINE);
                            buf.writeBytes("aaa".getBytes());
                            buf.writeBytes(LINE);
                            buf.writeBytes("xxx".getBytes());
                            buf.writeBytes(LINE);
                            ctx.writeAndFlush(buf);
                        }
                    });
                }
            });
            ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("127.0.0.1", 6379);
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();

        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            worker.shutdownGracefully();
        }
    }
}

http协议举例 

public class httpSimple {
    static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(HelloWordServer.class);
    public static void main(String[] args) {
       
        NioEventLoopGroup boss=new NioEventLoopGroup();
        NioEventLoopGroup worker=new NioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
            serverBootstrap.channel(NioServerSocketChannel.class);
            serverBootstrap.group(boss,worker);
            serverBootstrap.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                    ch.pipeline().addLast(new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG));
                    ch.pipeline().addLast(new HttpServerCodec());
                    ch.pipeline().addLast(new SimpleChannelInboundHandler<HttpRequest>() {
                        @Override
                        protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, HttpRequest msg) throws Exception {
                            //获取请求
                            log.debug(msg.uri());
                            // 返回响应
                            DefaultFullHttpResponse response = new DefaultFullHttpResponse(msg.protocolVersion(), HttpResponseStatus.OK);
                            byte[] bytes = "<h1>Hello,world!</h1>".getBytes();
                            response.headers().setInt(CONTENT_LENGTH,bytes.length);
                            response.content().writeBytes(bytes);
                            //写回响应
                            ctx.writeAndFlush(response);
                        }
                    });

                }
            });
            ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(8080).sync();
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();

        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            boss.shutdownGracefully();
            worker.shutdownGracefully();
        }

    }
}

 启动服务端在浏览器中输入localhost:8080

 

自定义协议

要素

  • 魔数，用来在第一时间判定是否是无效数据包
  • 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，可以由此扩展，例如：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

编解码器

@Slf4j
public class MessageCodec extends ByteToMessageCodec<Message> {

    @Override
    protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, Message msg, ByteBuf out) throws Exception {
     
    }
    
    @Override
    protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List<Object> out) throws Exception {

    }
}

重写编码方法 

    @Override
    protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, Message msg, ByteBuf out) throws Exception {
  // 1. 4 字节的魔数
        out.writeBytes(new byte[]{1, 2, 3, 4});
        // 2. 1 字节的版本,
        out.writeByte(1);
        // 3. 1 字节的序列化方式 jdk 0 , json 1
        out.writeByte(0);
        // 4. 1 字节的指令类型
        out.writeByte(msg.getMessageType());
        // 5. 4 个字节
        out.writeInt(msg.getSequenceId());
        // 无意义，对齐填充
        out.writeByte(0xff);
        // 6. 获取内容的字节数组
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
        oos.writeObject(msg);
        byte[] bytes = bos.toByteArray();
        // 7. 长度
        out.writeInt(bytes.length);
        // 8. 写入内容
        out.writeBytes(bytes);
     
    }

用于将自定义Message对象编码成二进制数据流发送给远程服务器。具体解释如下：

  1. 4字节的魔数：这个魔数是用来标志协议的，客户端和服务端都要保持一致，表示这是同一种协议。

  2. 1字节的版本：表示当前数据流的版本号。

  3. 1字节的序列化方式：表示使用哪种序列化方式将Message对象转为二进制数据流，其中0代表JDK序列化方式，1代表JSON序列化方式。

  4. 1字节的指令类型：表示Message对象中的指令类型，也就是表示这个消息是干什么用的。

  5. 4字节的序列号：表示该消息的序列号，用于检测是否有消息丢失或重复等问题。

  6. 无意义，8位填充：由于前面魔数、版本、序列化方式、指令类型、序列号已经使用了12个字节的长度，而长度字段需要占用4个字节的长度，为了对其，需要在这里填充一个字节，使得总长度为13个字节。

  7. 4字节的消息体长度：表示消息体的长度。

  8. 消息内容：将Message对象序列化为字节数组，再写到输出流中。

最终，这个编码器将Message对象转化为了一个二进制数据流，方便通过网络传输到远程服务器。

 重写解码方法 

    @Override
    protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List<Object> out) throws Exception {
      int magicNum = in.readInt();
        byte version = in.readByte();
        byte serializerType = in.readByte();
        byte messageType = in.readByte();
        int sequenceId = in.readInt();
        in.readByte();
        int length = in.readInt();
        byte[] bytes = new byte[length];
        in.readBytes(bytes, 0, length);
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(bytes));
        Message message = (Message) ois.readObject();
        log.debug("{}, {}, {}, {}, {}, {}", magicNum, version, serializerType, messageType, sequenceId, length);
        log.debug("{}", message);
        out.add(message);
    }

用于将接收到的二进制数据流解码成自定义的Message对象。具体解释如下：

  1. 读取4字节的魔数。

  2. 读取1字节的版本。

  3. 读取1字节的序列化方式。

  4. 读取1字节的指令类型。

  5. 读取4字节的序列号。

  6. 读取1字节，这个字节被视为无意义填充。

  7. 读取4字节的消息体长度，也就是消息内容的字节长度。

  8. 根据消息体长度创建一个字节数组，并从输入流中读取相应的字节数据。

  9. 将字节数组反序列化成一个Message对象。

  10. 输出相应的日志信息，包括魔数、版本、序列化方式、指令类型、序列号、消息体长度以及反序列化后的Message对象。

  11. 把反序列化后的Message对象添加到out列表中。

最终，这个解码器将二进制数据流转化为了自定义的Message对象，方便在业务逻辑中使用。

测试

EmbeddedChannel channel = new EmbeddedChannel(
    new LoggingHandler(),
    new LengthFieldBasedFrameDecoder(
        1024, 12, 4, 0, 0),
    new MessageCodec()
);
// encode
LoginRequestMessage message = new LoginRequestMessage("zhangsan", "123", "张三");
//        channel.writeOutbound(message);
// decode
ByteBuf buf = ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer();
new MessageCodec().encode(null, message, buf);

ByteBuf s1 = buf.slice(0, 100);
ByteBuf s2 = buf.slice(100, buf.readableBytes() - 100);
s1.retain(); // 引用计数 2
channel.writeInbound(s1); // release 1
channel.writeInbound(s2);

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