20200930 8. Netty编解码器和handler的调用机制

Netty编解码器和handler的调用机制

基本说明

Netty的组件设计：Netty的主要组件有 Channel、EventLoop、ChannelFuture、ChannelHandler、ChannelPipeline 等
ChannelHandler 充当了处理入站和出站数据的应用程序逻辑的容器。例如，实现 ChannelInboundHandler 接口（或 ChannelInboundHandlerAdapter），你就可以接收入站事件和数据，这些数据会被业务逻辑处理。当要给客户端发送响应时，也可以从ChannelInboundHandler 冲刷数据。业务逻辑通常写在一个或者多个 ChannelInboundHandler 中。ChannelOutboundHandler 原理一样，只不过它是用来处理出站数据的
ChannelPipeline 提供了 ChannelHandler 链的容器。以客户端应用程序为例，如果事件的运动方向是从客户端到服务端的，那么我们称这些事件为出站的，即客户端发送给服务端的数据会通过 pipeline 中的一系列ChannelOutboundHandler，并被这些 Handler 处理，反之则称为入站的

编码解码器

当Netty发送或者接受一个消息的时候，就将会发生一次数据转换。入站消息会被解码：从字节转换为另一种格式（比如 Java 对象）；如果是出站消息，它会被编码成字节。
Netty提供一系列实用的编解码器，他们都实现了ChannelInboundHadnler或者ChannelOutboundHandler接口。在这些类中，channelRead方法已经被重写了。以入站为例，对于每个从入站 Channel 读取的消息，这个方法会被调用。随后，它将调用由解码器所提供的 decode() 方法进行解码，并将已经解码的字节转发给 ChannelPipeline 中的下一个 ChannelInboundHandler。

解码器-ByteToMessageDecoder

关系继承图
由于不可能知道远程节点是否会一次性发送一个完整的信息，tcp 有可能出现粘包拆包的问题，这个类会对入站数据进行缓冲，直到它准备好被处理.
一个关于 ByteToMessageDecoder 实例分析

public class ToIntegerDecoder extends ByteToMessageDecoder {
    @Override
    protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List<Object> out) throws Exception {
        if (in.readableBytes() >= 4) {
            out.add(in.readInt());
        }
    }
}

说明：

这个例子，每次入站从 ByteBuf 中读取4字节，将其解码为一个int，然后将它添加到下一个List中。当没有更多元素可以被添加到该List中时，它的内容将会被发送给下一个ChannelInboundHandler。int在被添加到List中时，会被自动装箱为Integer。在调用readInt()方法前必须验证所输入的ByteBuf是否具有足够的数据
decode 执行分析图

tcp

Netty的handler链的调用机制

实例要求:

使用自定义的编码器和解码器来说明Netty的handler 调用机制
- 客户端发送 long -> 服务器
- 服务端发送 long -> 客户端
结论
- 不论解码器handler 还是编码器handler 即接收的消息类型必须与待处理的消息类型一致，否则该handler不会被执行
- 在解码器进行数据解码时，需要判断缓存区(ByteBuf)的数据是否足够，否则接收到的结果会期望结果可能不一致

解码器-ReplayingDecoder

public abstract class ReplayingDecoder<S> extends ByteToMessageDecoder
ReplayingDecoder扩展了ByteToMessageDecoder类，使用这个类，我们不必调用readableBytes()方法。参数S指定了用户状态管理的类型，其中Void代表不需要状态管理
ReplayingDecoder使用方便，但它也有一些局限性：
- 并不是所有的 ByteBuf 操作都被支持，如果调用了一个不被支持的方法，将会抛出一个 UnsupportedOperationException。
- ReplayingDecoder 在某些情况下可能稍慢于 ByteToMessageDecoder，例如网络缓慢并且消息格式复杂时，消息会被拆成了多个碎片，速度变慢

其它编解码器

LineBasedFrameDecoder：这个类在Netty内部也有使用，它使用行尾控制字符（\n或者\r\n）作为分隔符来解析数据。
DelimiterBasedFrameDecoder：使用自定义的特殊字符作为消息的分隔符。
HttpObjectDecoder：一个HTTP数据的解码器
LengthFieldBasedFrameDecoder：通过指定长度来标识整包消息，这样就可以自动的处理黏包和半包消息。

服务端

public class MyServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();

        try {

            ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
            serverBootstrap.group(bossGroup, workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).childHandler(new MyServerInitializer()); //自定义一个初始化类


            ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(7012).sync();
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();

        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }

    }
}

服务端 Initializer

@Slf4j
public class MyServerInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {

    @Override
    protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
        ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();//一会下断点

        //入站的handler进行解码 MyByteToLongDecoder
        //pipeline.addLast(new MyByteToLongDecoder());
        pipeline.addLast(new MyByteToLongDecoder2());
        //出站的handler进行编码
        pipeline.addLast(new MyLongToByteEncoder());
        //自定义的handler 处理业务逻辑
        pipeline.addLast(new MyServerHandler());
        log.info("xx");
    }
}

服务端 Handler

@Slf4j
public class MyServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<Long> {
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Long msg) throws Exception {

        log.info("MyServerHandler 被调用");
        log.info("从客户端" + ctx.channel().remoteAddress() + " 读取到long " + msg);

        //给客户端发送一个long
        ctx.writeAndFlush(98765L);
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

客户端

public class MyClient {
    public static void main(String[] args)  throws  Exception{

        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();

        try {

            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            bootstrap.group(group).channel(NioSocketChannel.class)
                    .handler(new MyClientInitializer()); //自定义一个初始化类

            ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("localhost", 7012).sync();

            channelFuture.channel().closeFuture().sync();

        }finally {
            group.shutdownGracefully();
        }
    }
}

客户端 Initializer

public class MyClientInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
    @Override
    protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {

        ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();

        //加入一个出站的handler 对数据进行一个编码
        pipeline.addLast(new MyLongToByteEncoder());

        //这时一个入站的解码器(入站handler )
        //pipeline.addLast(new MyByteToLongDecoder());
        pipeline.addLast(new MyByteToLongDecoder2());
        //加入一个自定义的handler ， 处理业务
        pipeline.addLast(new MyClientHandler());


    }
}

客户端 Handler

@Slf4j
public class MyClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<Long> {
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Long msg) throws Exception {
        log.info("MyClientHandler 被调用");
        log.info("服务器的ip=" + ctx.channel().remoteAddress());
        log.info("收到服务器消息=" + msg);

    }

    //重写channelActive 发送数据

    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        log.info("MyClientHandler 发送数据");
        //ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer(""))
        ctx.writeAndFlush(123456L); //发送的是一个long

        //分析
        //1. "abcdabcdabcdabcd" 是 16个字节
        //2. 该处理器的前一个handler 是  MyLongToByteEncoder
        //3. MyLongToByteEncoder 父类  MessageToByteEncoder
        //4. 父类  MessageToByteEncoder
        /*

         public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception {
        ByteBuf buf = null;
        try {
            if (acceptOutboundMessage(msg)) { //判断当前msg 是不是应该处理的类型，如果是就处理，不是就跳过encode
                @SuppressWarnings("unchecked")
                I cast = (I) msg;
                buf = allocateBuffer(ctx, cast, preferDirect);
                try {
                    encode(ctx, cast, buf);
                } finally {
                    ReferenceCountUtil.release(cast);
                }

                if (buf.isReadable()) {
                    ctx.write(buf, promise);
                } else {
                    buf.release();
                    ctx.write(Unpooled.EMPTY_BUFFER, promise);
                }
                buf = null;
            } else {
                ctx.write(msg, promise);
            }
        }
        4. 因此我们编写 Encoder 是要注意传入的数据类型和处理的数据类型一致
        */
        // ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("abcdabcdabcdabcd",CharsetUtil.UTF_8));

    }
}

编解码器

MyLongToByteEncoder

@Slf4j
public class MyLongToByteEncoder extends MessageToByteEncoder<Long> {
    //编码方法
    @Override
    protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, Long msg, ByteBuf out) throws Exception {

        log.info("MyLongToByteEncoder encode 被调用");
        log.info("msg=" + msg);
        out.writeLong(msg);

    }
}

MyByteToLongDecoder

@Slf4j
public class MyByteToLongDecoder extends ByteToMessageDecoder {
    /**
     *
     * decode 会根据接收的数据，被调用多次, 直到确定没有新的元素被添加到list
     * , 或者是ByteBuf 没有更多的可读字节为止
     * 如果list out 不为空，就会将list的内容传递给下一个 channelinboundhandler处理, 该处理器的方法也会被调用多次
     *
     * @param ctx 上下文对象
     * @param in 入站的 ByteBuf
     * @param out List 集合，将解码后的数据传给下一个handler
     * @throws Exception
     */
    @Override
    protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List<Object> out) throws Exception {

        log.info("MyByteToLongDecoder 被调用");
        //因为 long 8个字节, 需要判断有8个字节，才能读取一个long
        if(in.readableBytes() >= 8) {
            out.add(in.readLong());
        }
    }
}

MyByteToLongDecoder2

@Slf4j
public class MyByteToLongDecoder2 extends ReplayingDecoder<Void> {
    @Override
    protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List<Object> out) throws Exception {

        log.info("MyByteToLongDecoder2 被调用");
        //在 ReplayingDecoder 不需要判断数据是否足够读取，内部会进行处理判断
        out.add(in.readLong());

    }
}

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Netty编解码器和handler的调用机制

基本说明

编码解码器

解码器-ByteToMessageDecoder

Netty的handler链的调用机制

解码器-ReplayingDecoder

其它编解码器

服务端

服务端 Initializer

服务端 Handler

客户端

客户端 Initializer

客户端 Handler

编解码器

MyLongToByteEncoder

MyByteToLongDecoder

MyByteToLongDecoder2

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