Netty编解码&粘包拆包&心跳机制&断线自动重连
Netty编解码
Netty涉及到编解码的组件有Channel、ChannelHandler、ChannelPipe等，先大概了解下这几个组件的作用。
ChannelHandler
ChannelHandler充当了处理入站和出站数据的应用程序逻辑容器。例如，实现ChannelInboundHandler接口（或
ChannelInboundHandlerAdapter），你就可以接收入站事件和数据，这些数据随后会被你的应用程序的业务逻辑处理。当你要给连接
的客户端发送响应时，也可以从ChannelInboundHandler冲刷数据。你的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
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(ChannelOutboundHandler
调用是从tail到head方向逐个调用每个handler的逻辑)，并被这些Handler处理，反之则称为入站的，入站只调用pipeline里的
ChannelInboundHandler逻辑(ChannelInboundHandler调用是从head到tail方向逐个调用每个handler的逻辑)。
编码解码器
当你通过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提供了一系列实用的编码解码器，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，它将调用由已知解码器
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。
Netty提供了很多编解码器，比如编解码字符串的StringEncoder和StringDecoder，编解码对象的ObjectEncoder和ObjectDecoder
等。
如果要实现高效的编解码可以用protobuf，但是protobuf需要维护大量的proto文件比较麻烦，现在一般可以使用protostuff。
protostuff是一个基于protobuf实现的序列化方法，它较于protobuf最明显的好处是，在几乎不损耗性能的情况下做到了不用我们
写.proto文件来实现序列化。使用它也非常简单，代码如下：
引入依赖：
<dependency>
<groupId>com.dyuproject.protostuff</groupId>
<artifactId>protostuff‐api</artifactId>
<version>1.0.10</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>com.dyuproject.protostuff</groupId>
<artifactId>protostuff‐core</artifactId>
<version>1.0.10</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>com.dyuproject.protostuff</groupId>
<artifactId>protostuff‐runtime</artifactId>
<version>1.0.10</version>
</dependency>
protostuff使用示例：
import com.dyuproject.protostuff.LinkedBuffer; import com.dyuproject.protostuff.ProtostuffIOUtil; import com.dyuproject.protostuff.Schema; import com.dyuproject.protostuff.runtime.RuntimeSchema; import java.util.Map; import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap; /** * protostuff 序列化工具类，基于protobuf封装 */ public class ProtostuffUtil { private static Map<Class<?>, Schema<?>> cachedSchema = new ConcurrentHashMap<Class<?>, Schema<?>>(); private static <T> Schema<T> getSchema(Class<T> clazz) { @SuppressWarnings("unchecked") Schema<T> schema = (Schema<T>) cachedSchema.get(clazz); if (schema == null) { schema = RuntimeSchema.getSchema(clazz); if (schema != null) { cachedSchema.put(clazz, schema); } } return schema; } /** * 序列化 * * @param obj * @return */ public static <T> byte[] serializer(T obj) { @SuppressWarnings("unchecked") Class<T> clazz = (Class<T>) obj.getClass(); LinkedBuffer buffer = LinkedBuffer.allocate(LinkedBuffer.DEFAULT_BUFFER_SIZE); try { Schema<T> schema = getSchema(clazz); return ProtostuffIOUtil.toByteArray(obj, schema, buffer); } catch (Exception e) { throw new IllegalStateException(e.getMessage(), e); } finally { buffer.clear(); } } /** * 反序列化 * * @param data * @param clazz * @return */ public static <T> T deserializer(byte[] data, Class<T> clazz) { try { T obj = clazz.newInstance(); Schema<T> schema = getSchema(clazz); ProtostuffIOUtil.mergeFrom(data, obj, schema); return obj; } catch (Exception e) { throw new IllegalStateException(e.getMessage(), e); } } public static void main(String[] args) { byte[] userBytes = ProtostuffUtil.serializer(new User(1, "zhuge")); User user = ProtostuffUtil.deserializer(userBytes, User.class); System.out.println(user); } }
Netty粘包拆包
TCP是一个流协议，就是没有界限的一长串二进制数据。TCP作为传输层协议并不不了解上层业务数据的具体含义，它会根据TCP缓冲区
的实际情况进行数据包的划分，所以在业务上认为是一个完整的包，可能会被TCP拆分成多个包进行发送，也有可能把多个小的包封装成
一个大的数据包发送，这就是所谓的TCP粘包和拆包问题。面向流的通信是无消息保护边界的。
如下图所示，client发了两个数据包D1和D2，但是server端可能会收到如下几种情况的数据。
解决方案
1）消息定长度，传输的数据大小固定长度，例如每段的长度固定为100字节，如果不够空位补空格
2）在数据包尾部添加特殊分隔符，比如下划线，中划线等，这种方法简单易行，但选择分隔符的时候一定要注意每条数据的内部一定不
能出现分隔符。
3）发送长度：发送每条数据的时候，将数据的长度一并发送，比如可以选择每条数据的前4位是数据的长度，应用层处理时可以根据长度
来判断每条数据的开始和结束。
Netty提供了多个解码器，可以进行分包的操作，如下：
LineBasedFrameDecoder （回车换行分包）
DelimiterBasedFrameDecoder（特殊分隔符分包）
FixedLengthFrameDecoder（固定长度报文来分包）
自定义长度分包解码器，参见项目示例com.tuling.netty.split包下代码
Netty心跳检测机制
所谓心跳, 即在 TCP 长连接中, 客户端和服务器之间定期发送的一种特殊的数据包, 通知对方自己还在线, 以确保 TCP 连接的有效性.
在 Netty 中, 实现心跳机制的关键是 IdleStateHandler, 看下它的构造器：
public IdleStateHandler(int readerIdleTimeSeconds, int writerIdleTimeSeconds, int allIdleTimeSeconds) { this((long)readerIdleTimeSeconds, (long)writerIdleTimeSeconds, (long)allIdleTimeSeconds, TimeUnit.SECONDS); }
这里解释下三个参数的含义：
readerIdleTimeSeconds: 读超时. 即当在指定的时间间隔内没有从 Channel 读取到数据时, 会触发一个 READER_IDLE 的
IdleStateEvent 事件.
writerIdleTimeSeconds: 写超时. 即当在指定的时间间隔内没有数据写入到 Channel 时, 会触发一个 WRITER_IDLE 的
IdleStateEvent 事件.
allIdleTimeSeconds: 读/写超时. 即当在指定的时间间隔内没有读或写操作时, 会触发一个 ALL_IDLE 的 IdleStateEvent 事件.
注：这三个参数默认的时间单位是秒。若需要指定其他时间单位，可以使用另一个构造方法：
IdleStateHandler(boolean observeOutput, long readerIdleTime, long writerIdleTime, long allIdleTime, TimeUnit unit)
要实现Netty服务端心跳检测机制需要在服务器端的ChannelInitializer中加入如下的代码：
pipeline.addLast(new IdleStateHandler(3, 0, 0, TimeUnit.SECONDS));
初步地看下IdleStateHandler源码，先看下IdleStateHandler中的channelRead方法：
红框代码其实表示该方法只是进行了透传，不做任何业务逻辑处理，让channelPipe中的下一个handler处理channelRead方法
我们再看看channelActive方法：
这里有个initialize的方法，这是IdleStateHandler的精髓，接着探究：
这边会触发一个Task，ReaderIdleTimeoutTask，这个task里的run方法源码是这样的：
第一个红框代码是用当前时间减去最后一次channelRead方法调用的时间，假如这个结果是6s，说明最后一次调用channelRead已经是6s
之前的事情了，你设置的是5s，那么nextDelay则为-1，说明超时了，那么第二个红框代码则会触发下一个handler的
userEventTriggered方法：
如果没有超时则不触发userEventTriggered方法。
Netty心跳检测代码示例：
//服务端代码 public class HeartBeatServer { public static void main(String[] args) throws Exception { EventLoopGroup boss = new NioEventLoopGroup(); EventLoopGroup worker = new NioEventLoopGroup(); try { ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap(); bootstrap.group(boss, worker) .channel(NioServerSocketChannel.class) .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { @Override protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception { ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline(); pipeline.addLast("decoder", new StringDecoder()); pipeline.addLast("encoder", new StringEncoder()); //IdleStateHandler的readerIdleTime参数指定超过3秒还没收到客户端的连接， //会触发IdleStateEvent事件并且交给下一个handler处理，下一个handler必须 //实现userEventTriggered方法处理对应事件 pipeline.addLast(new IdleStateHandler(3, 0, 0, TimeUnit.SECONDS)); pipeline.addLast(new HeartBeatHandler()); } }); System.out.println("netty server start。。"); ChannelFuture future = bootstrap.bind(9000).sync(); future.channel().closeFuture().sync(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } finally { worker.shutdownGracefully(); boss.shutdownGracefully(); } } }
//服务端处理handler public class HeartBeatServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<String> { int readIdleTimes = 0; @Override protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String s) throws Exception { System.out.println(" ====== > [server] message received : " + s); if ("Heartbeat Packet".equals(s)) { ctx.channel().writeAndFlush("ok"); } else { System.out.println(" 其他信息处理 ... "); } } @Override public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) throws Exception { IdleStateEvent event = (IdleStateEvent) evt; String eventType = null; switch (event.state()) { case READER_IDLE: eventType = "读空闲"; readIdleTimes++; // 读空闲的计数加1 break; case WRITER_IDLE: eventType = "写空闲"; // 不处理 break; case ALL_IDLE: eventType = "读写空闲"; // 不处理 break; } System.out.println(ctx.channel().remoteAddress() + "超时事件：" + eventType); if (readIdleTimes > 3) { System.out.println(" [server]读空闲超过3次，关闭连接，释放更多资源"); ctx.channel().writeAndFlush("idle close"); ctx.channel().close(); } } @Override public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception { System.err.println("=== " + ctx.channel().remoteAddress() + " is active ==="); } }
//客户端代码 public class HeartBeatClient { public static void main(String[] args) throws Exception { EventLoopGroup eventLoopGroup = new NioEventLoopGroup(); try { Bootstrap bootstrap = new Bootstrap(); bootstrap.group(eventLoopGroup).channel(NioSocketChannel.class) .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { @Override protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception { ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline(); pipeline.addLast("decoder", new StringDecoder()); pipeline.addLast("encoder", new StringEncoder()); pipeline.addLast(new HeartBeatClientHandler()); } }); System.out.println("netty client start。。"); Channel channel = bootstrap.connect("127.0.0.1", 9000).sync().channel(); String text = "Heartbeat Packet"; Random random = new Random(); while (channel.isActive()) { int num = random.nextInt(10); Thread.sleep(num * 1000); channel.writeAndFlush(text); } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } finally { eventLoopGroup.shutdownGracefully(); } } static class HeartBeatClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<String> { @Override protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) throws Exception { System.out.println(" client received :" + msg); if (msg != null && msg.equals("idle close")) { System.out.println(" 服务端关闭连接，客户端也关闭"); ctx.channel().closeFuture(); } } } }
Netty断线自动重连实现(省略)
1、客户端启动连接服务端时，如果网络或服务端有问题，客户端连接失败，可以重连，重连的逻辑加在客户端。
2、系统运行过程中网络故障或服务端故障，导致客户端与服务端断开连接了也需要重连，可以在客户端处理数据的Handler的
channelInactive方法中进行重连。
