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netty系列之:在netty中使用protobuf协议

这是我参与8月更文挑战的第22天,活动详情查看:8月更文挑战

简介

netty中有很多适配不同协议的编码工具,对于流行的google出品的protobuf也不例外。netty为其提供了ProtobufDecoder和ProtobufEncoder两个工具还有对应的frame detection,接下来我们会通过一个例子来详细讲解如何在netty中使用protobuf。

定义protobuf

我们举个最简单的例子,首先定义一个需要在网络中进行传输的message,这里我们定义一个student对象,他有一个age和一个name属性,如下所示:

syntax = "proto3";

package com.flydean17.protobuf;

option java_multiple_files = true;
option java_package = "com.flydean17.protobuf";
option java_outer_classname = "StudentWrapper";

message Student {
  optional int32 age = 1;
  optional string name =2;
}
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使用下面的命令,对其进行编译:

 protoc --experimental_allow_proto3_optional  -I=. --java_out=. student.proto
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可以看到生成了3个文件,分别是Student,StudentOrBuilder和StudentWrapper。其中Student和StudentOrBuilder是我们真正需要用到的对象。

定义handler

在handler中,我们主要进行对消息进行处理,这里我们在clientHandler中进行消息的构建和发送,StudentClientHandler继承SimpleChannelInboundHandler并重新channelActive方法, 在该方法中我们使用protobuf的语法,构建一个新的Student实例,并给他设置好age和name两个属性。

然后使用ctx.write和ctx.flush方法将其发送到server端:

    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        // channel活跃
        //构建一个Student,并将其写入到channel中
        Student student= Student.newBuilder().setAge(22).setName("flydean").build();
        log.info("client发送消息{}",student);
        ctx.write(student);
        ctx.flush();
    }
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StudentServerHandler也是继承SimpleChannelInboundHandler,并重写channelRead0方法,当server端读取到student消息的时候,日志输出,并将其回写到channel中,供clientHandler读取:

    public void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Student student) throws Exception {
        log.info("server收到消息{}",student);
        // 写入消息
        ChannelFuture future = ctx.write(student);
    }
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当client读取到消息之后,直接日志输出,不再做进一步处理,到此,一轮client和server端的交互就完成了:

    public void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Student student) throws Exception {
        log.info("client收到消息{}",student);
    }
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设置ChannelPipeline

在上一节,不管是在StudentClientHandler还是在StudentServerHandler中,我们都假设channel中传递的对象就是Student,而不是原始的ByteBuf。这是怎么做到的呢?

这里我们需要使用到netty提供的frame detection,netty为protobuf协议专门提供了ProtobufDecoder和ProtobufEncoder,用于对protobuf对象进行编码和解码。

但是这两个编码和解码器分别是MessageToMessageEncoder和MessageToMessageDecoder,他们是消息到消息的编码和解码器,所以还需要和frame detection配合使用。

netty同样提供了和protobuf配合使用的frame detector,他们是ProtobufVarint32FrameDecoder和ProtobufVarint32LengthFieldPrepender。

Varint32指的是protobuf的编码格式,第一个字节使用的是可变的varint。

有了frame detector和编码解码器,我们只需要将其顺序加入ChannelPipeline即可。

在客户端,StudentClientInitializer继承自ChannelInitializer,我们需要重写其initChannel方法:

    public void initChannel(SocketChannel ch) {
        ChannelPipeline p = ch.pipeline();

        p.addLast(new ProtobufVarint32FrameDecoder());
        p.addLast(new ProtobufDecoder(Student.getDefaultInstance()));

        p.addLast(new ProtobufVarint32LengthFieldPrepender());
        p.addLast(new ProtobufEncoder());

        p.addLast(new StudentClientHandler());
    }
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在服务器端,同样StudentServerInitializer也继承自ChannelInitializer,也需要重写其initChannel方法:

    public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
        ChannelPipeline p = ch.pipeline();

        p.addLast(new ProtobufVarint32FrameDecoder());
        p.addLast(new ProtobufDecoder(Student.getDefaultInstance()));

        p.addLast(new ProtobufVarint32LengthFieldPrepender());
        p.addLast(new ProtobufEncoder());

        p.addLast(new StudentServerHandler());
    }
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这样ChannelPipeline也设置完成了。

构建client和server端并运行

最后好做的就是构建client和server端并运行,这和普通的netty客户端和服务器端并没有什么区别:

构建StudentClient:

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

        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            Bootstrap b = new Bootstrap();
            b.group(group)
             .channel(NioSocketChannel.class)
             .handler(new StudentClientInitializer());
            // 建立连接
            Channel ch = b.connect(HOST, PORT).sync().channel();
            // 等待关闭
            ch.closeFuture().sync();
        } finally {
            group.shutdownGracefully();
        }
    }
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构建StudentServer:

   public static void main(String[] args) throws Exception {
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
            b.group(bossGroup, workerGroup)
             .channel(NioServerSocketChannel.class)
             .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
             .childHandler(new StudentServerInitializer());

            b.bind(PORT).sync().channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
复制代码

运行可得:

server端:
[nioEventLoopGroup-3-1] INFO  c.f.protobuf.StudentServerHandler - server收到消息age: 22
name: "flydean"

[nioEventLoopGroup-2-1] INFO  c.f.protobuf.StudentClientHandler - client发送消息age: 22
name: "flydean"

client端:
[nioEventLoopGroup-2-1] INFO  c.f.protobuf.StudentClientHandler - client收到消息age: 22
name: "flydean"
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可见Student消息已经发送和接收成功了。

总结

netty提供了很多和协议适配的工具类,这样我们就可以专注于业务逻辑,不需要考虑具体的编码转换的问题,非常好用。

本文的例子可以参考:learn-netty4

本文已收录于 www.flydean.com/17-netty-pr…

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