Netty原理与基础（五）

1.Decoder原理

1.1什么叫作Netty的解码器呢？

首先，它是一个InBound入站处理器，解码器负责处理“入站数据”。其次，它能将上一站Inbound入站处理器传过来的输入（Input）数据，进行数据的解码或者格式转换，然后输出（Output）到下一站Inbound入站处理器。一个标准的解码器将输入类型为ByteBuf缓冲区的数据进行解码，输出一个一个的Java POJO对象。Netty内置了这个解码器，叫作ByteToMessageDecoder，位在Netty的io.netty.handler.codec包中。


image.png
  • ByteToMessageDecoder仅仅提供了一个流程性质的框架：它仅仅将子类的decode方法解码之后的Object结果，放入自己内部的结果列表List<Object>中，最终，父类会负责将List<Object>中的元素，一个一个地传递给下一个站

1.2代码示例

//解码
public class Byte2IntegerDecoder extends ByteToMessageDecoder {
    @Override
    public void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in,
                       List<Object> out) {
        while (in.readableBytes() >= 4) {
            int i = in.readInt();
            Logger.info("解码出一个整数: " + i);
            out.add(i);
        }
    }
}
//处理程序
public class IntegerProcessHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        Integer integer = (Integer) msg;
        Logger.info("打印出一个整数: " + integer);
    }
}
//测试类
public class Byte2IntegerDecoderTester {
    /**
     * 整数解码器的使用实例
     */
    @Test
    public void testByteToIntegerDecoder() {
        ChannelInitializer i = new ChannelInitializer<EmbeddedChannel>() {
            protected void initChannel(EmbeddedChannel ch) {
                ch.pipeline().addLast(new Byte2IntegerDecoder());
                ch.pipeline().addLast(new IntegerProcessHandler());
            }
        };
        EmbeddedChannel channel = new EmbeddedChannel(i);

        for (int j = 0; j < 100; j++) {
            ByteBuf buf = Unpooled.buffer();
            buf.writeInt(j);
            channel.writeInbound(buf);
        }

        try {
            Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
  • ByteBuf缓冲区由谁负责进行引用计数和释放管理

基类ByteToMessageDecoder负责解码器的ByteBuf缓冲区的释放工作，它会调用ReferenceCountUtil.release(in)方法，将之前的ByteBuf缓冲区的引用数减1。

1.3 ReplayingDecoder解码器

image.png

ReplayingDecoder类是ByteToMessageDecoder的子类。其作用是：
· 在读取ByteBuf缓冲区的数据之前，需要检查缓冲区是否有足够的字节。
· 若ByteBuf中有足够的字节，则会正常读取；反之，如果没有足够的字节，则会停止解码。

  • ReplayingDecoder进行长度判断的原理，其实很简单：它的内部定义了一个新的二进制缓冲区类，对ByteBuf缓冲区进行了装饰，这个类名为ReplayingDecoderBuffer。该装饰器的特点是：在缓冲区真正读数据之前，首先进行长度的判断：如果长度合格，则读取数据；否则，抛出ReplayError。ReplayingDecoder捕获到ReplayError后，会留着数据，等待下一次IO事件到来时再读取。
  • ReplayingDecoder的作用，远远不止于进行长度判断，它更重要的作用是用于分包传输的应用场景

1.4整数分包解码器

  • 底层通信协议是分包传输的，一份数据可能分几次达到对端。发送端出去的包在传输过程中会进行多次的拆分和组装。接收端所收到的包和发送端所发送的包不是一模一样的


    image.png

    在Java OIO流式传输中，不会出现这样的问题，因为它的策略是：不读到完整的信息，就一直阻塞程序，不向后执行。但是，在Java的NIO中，由于NIO的非阻塞性，就会出现上述情况

可以使用ReplayingDecoder来解决
要完成以上的例子，需要用到ReplayingDecoder一个很重要的属性——state成员属性。该成员属性的作用就是保存当前解码器在解码过程中的当前阶段

  • ReplayingDecoder源码
    protected ReplayingDecoder() {
        this((Object)null);
    }

    protected ReplayingDecoder(S initialState) {
        this.replayable = new ReplayingDecoderByteBuf();
        this.checkpoint = -1;
        this.state = initialState;
    }

    protected void checkpoint() {
        this.checkpoint = this.internalBuffer().readerIndex();
    }

    protected void checkpoint(S state) {
        this.checkpoint();
        this.state(state);
    }
  • checkpoint（Status）方法有两个作用
    （1）设置state属性的值，更新一下当前的状态。
    （2）还有一个非常大的作用，就是设置“读断点指针”。
    （3）“读断点指针”是ReplayingDecoder类的另一个重要的成员，它保存着装饰器内部ReplayingDecoderBuffer成员的起始读指针，有点儿类似于mark标记。当读数据时，一旦可读数据不够，ReplayingDecoderBuffer在抛出ReplayError异常之前，ReplayingDecoder会把读指针的值还原到之前的checkpoint（IntegerAddDecoder.Status）方法设置的“读断点指针”（checkpoint）。于是乎，在ReplayingDecoder下一次读取时，还会从之前设置的断点位置开始。

1.5分包解码器

在原理上，字符串分包解码和整数分包解码是一样的。有所不同的是：整数的长度是固定的，目前在Java中是4个字节；而字符串的长度不是固定的，是可变长度的，这就是一个小小的难题

  • 如何获取字符串的长度信息呢？
    （1）在协议的Head部分放置字符串的字节长度。Head部分可以用一个整型int来描述即可。
    （2）在协议的Content部分，放置的则是字符串的字节数组。
public class StringReplayDecoder
        extends ReplayingDecoder<StringReplayDecoder.Status> {

    enum Status {
        PARSE_1, PARSE_2
    }

    private int length;
    private byte[] inBytes;

    public StringReplayDecoder() {
        //构造函数中，需要初始化父类的state 属性，表示当前阶段
        super(Status.PARSE_1);
    }

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


        switch (state()) {
            case PARSE_1:
                //第一步，从装饰器ByteBuf 中读取长度
                length = in.readInt();
                inBytes = new byte[length];
                // 进入第二步，读取内容
                // 并且设置“读指针断点”为当前的读取位置
                checkpoint(Status.PARSE_2);
                break;
            case PARSE_2:
                //第二步，从装饰器ByteBuf 中读取内容数组
                in.readBytes(inBytes, 0, length);
                out.add(new String(inBytes, "UTF-8"));
                // 第二步解析成功，
                // 进入第一步，读取下一个字符串的长度
                // 并且设置“读指针断点”为当前的读取位置
                checkpoint(Status.PARSE_1);
                break;
            default:
                break;
        }

    }

public class StringProcessHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        String s = (String) msg;
        System.out.println("打印: " + s);
    }
}

public class StringReplayDecoderTester {
    static String content = "smallmartial：Netty知识学习";

    /**
     * 字符串解码器的使用实例
     */
    @Test
    public void testStringReplayDecoder() {
        ChannelInitializer i = new ChannelInitializer<EmbeddedChannel>() {
            protected void initChannel(EmbeddedChannel ch) {
                ch.pipeline().addLast(new StringReplayDecoder());
                ch.pipeline().addLast(new StringProcessHandler());
            }
        };
        EmbeddedChannel channel = new EmbeddedChannel(i);
        byte[] bytes = content.getBytes(Charset.forName("utf-8"));
        for (int j = 0; j < 100; j++) {
            //1-3之间的随机数
            int random = RandomUtil.randInMod(3);
            ByteBuf buf = Unpooled.buffer();
            buf.writeInt(bytes.length * random);
            for (int k = 0; k < random; k++) {
                buf.writeBytes(bytes);
            }
            channel.writeInbound(buf);
        }
        try {
            Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
image.png
  • ReplayingDecoder解码器不足
    （1）不是所有的ByteBuf操作都被ReplayingDecoderBuffer装饰类所支持，可能有些ByteBuf操作在ReplayingDecoder子类的decode实现方法中被使用时就会抛出ReplayError异常。
    （2）在数据解析逻辑复杂的应用场景，ReplayingDecoder在解析速度上相对较差。

1.6MessageToMessageDecoder解码器

MessageToMessageDecoder<I>。在继承它的时候，需要明确的泛型实参<I>。这个实参的作用就是指定入站消息JavaPOJO类型。

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