netty編解碼器分析

編碼（Encode）也稱為序列化（serialization），它將對象序列化為字節(jié)數(shù)組，用于網(wǎng)絡傳輸、數(shù)據(jù)持久化或者其它用途。

反之，解碼（Decode）也稱為反序列化（deserialization），用于把從網(wǎng)絡、磁盤等讀取的字節(jié)數(shù)組還原成原始對象（通常是原始對象的拷貝），以方便后續(xù)的業(yè)務邏輯操作。

進行遠程跨進程服務調用時（例如 RPC 調用），需要使用特定的編解碼技術，對需要進行網(wǎng)絡傳輸?shù)膶ο笞鼍幋a或者解碼，以便完成遠程調用。

Java序列化

Java默認提供的序列化機制，需要序列化的Java對象只需要實現(xiàn)java.io.Serializable接口并生成序列化ID，這個類就能夠通過java.io.ObjectInputStream和java.io.ObjectOutputStrem序列化和反序列化。

但是由于它自身存在很多缺點，因此大多數(shù)的RPC框架并沒有選擇它。Java序列化的主要缺點如下：

無法跨語言：是Java序列化最致命的問題。對于跨進程的服務調用，服務提供者可能會使用C++或者其它語言開發(fā)，當我們需要和異構語言進程交互時，Java序列化就難以勝任。由于Java序列化技術是Java語言內部的私有協(xié)議，其它語言并不支持，對于用戶來說它完全是黑盒。Java序列化后的字節(jié)數(shù)組，別的語言無法進行反序列化，這就嚴重阻礙了它的應用范圍。

序列化后的碼流太大，例如使用二進制編解碼技術對同一個復雜的POJO對象進行編碼，它的碼流僅僅為Java序列化之后的20%左右；目前主流的編解碼框架，序列化之后的碼流都遠遠小于原生的Java序列化。

序列化性能太低。

在netty中使用java的序列化，只需要添加編碼器ObjectEncoder和解碼器ObjectDecoder即可，netty都封裝好了。

服務器端代碼：

ServerBootstrap b = new ServerBootstrap(); b.group(bossGroup, workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overridepublic void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {ch.pipeline().addLast(new ObjectEncoder()); // 編碼ch.pipeline().addLast(new ObjectDecoder(ClassResolvers.weakCachingConcurrentResolver(this.getClass().getClassLoader()))); // 解碼ch.pipeline().addLast(new ServerHandler());}});

服務器端業(yè)務代碼：

public class ServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler {@Overrideprotected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {System.out.println("receive from client: " + msg);UserResponse response = new UserResponse();response.setCode(200);response.setMessage("success");ctx.writeAndFlush(response);}}

思考：不需要解決粘包半包問題？ObjectEncoder和ObjectDecoder中已經(jīng)對粘包半包問題進行了處理，使用的是自定義消息長度的方式，下面看源代碼。

io.netty.handler.codec.serialization.ObjectEncoder的源代碼：

public class ObjectEncoder extends MessageToByteEncoder<Serializable> {private static final byte[] LENGTH_PLACEHOLDER = new byte[4];@Overrideprotected void encode(ChannelHandlerContext ctx, Serializable msg, ByteBuf out) throws Exception {int startIdx = out.writerIndex();ByteBufOutputStream bout = new ByteBufOutputStream(out);ObjectOutputStream oout = null;try {bout.write(LENGTH_PLACEHOLDER); // 先占位4個字節(jié)oout = new CompactObjectOutputStream(bout);oout.writeObject(msg);oout.flush();} finally {if (oout != null) {oout.close();} else {bout.close();}}int endIdx = out.writerIndex();out.setInt(startIdx, endIdx - startIdx - 4); // 計算報文的長度，放在開始的4個字節(jié)里面} }

io.netty.handler.codec.serialization.ObjectDecoder解碼器的源代碼：

public class ObjectDecoder extends LengthFieldBasedFrameDecoder {... ...public ObjectDecoder(int maxObjectSize, ClassResolver classResolver) {super(maxObjectSize, 0, 4, 0, 4);this.classResolver = classResolver;}... ... }

發(fā)現(xiàn)ObjectDecoder繼承LengthFieldBasedFrameDecoder，構造方法中調用了父類的構造方法super(maxObjectSize, 0, 4, 0, 4);，指定了解碼時前4個字節(jié)為報文的長度，解碼后丟棄前面的4個字節(jié)，傳遞給后面的Handler。

Google的Protobuf

Protobuf全稱Google Protocol Buffers，它由谷歌開源而來，在谷歌內部久經(jīng)考驗。它將數(shù)據(jù)結構以.proto 文件進行描述，通過代碼生成工具可以生成對應數(shù)據(jù)結構的POJO對象和Protobuf相關的方法和屬性。

它的特點如下：

結構化數(shù)據(jù)存儲格式（XML，JSON等）。

高效的編解碼性能。

語言無關、平臺無關、擴展性好。

使用方法如下：

先下載對應操作系統(tǒng)的工具，下載地址：https://github.com/protocolbuffers/protobuf/releases，這里使用的是protoc-3.13.0-win64.zip，解壓縮后bin目錄下有個protoc.exe。

編寫UserResponse.proto文件：

syntax = "proto3"; option java_package = "com.morris.netty.serialize.protobuf"; option java_outer_classname = "UserResponseProto";message UserResponse {int32 code = 1;string message = 2; }

然后使用protoc.exe生成對應的實體類：

> protoc.exe --java_out=. UserResponse.proto

把生成的實體類，拷貝到工程對應的目錄。

項目中引入protobuf的maven依賴：

dependency><groupId>com.google.protobuf</groupId><artifactId>protobuf-java</artifactId><version>3.6.1</version> </dependency>

服務器端代碼：

ServerBootstrap b = new ServerBootstrap(); b.group(bossGroup, workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overridepublic void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {ch.pipeline().addLast(new ProtobufVarint32FrameDecoder()); // 處理粘包半包的解碼器ch.pipeline().addLast(new ProtobufDecoder(UserRequestProto.UserRequest.getDefaultInstance())); // protobuf解碼器ch.pipeline().addLast(new ProtobufVarint32LengthFieldPrepender()); // 處理粘包半包的編碼器ch.pipeline().addLast(new ProtobufEncoder()); // protobuf編碼器ch.pipeline().addLast(new ServerHandler()); // 具體業(yè)務處理}});

服務器端業(yè)務代碼：

public class ServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler {@Overrideprotected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {System.out.println("receive from client: " + msg);UserResponseProto.UserResponse response = UserResponseProto.UserResponse.newBuilder().setCode(200).setMessage("success").buildPartial();ctx.writeAndFlush(response);}}

JBoss Marshalling

JBoss Marshalling是一個Java對象的序列化API包，修正了JDK自帶的序列化包的很多問題，但又保持跟java.io.Serializable接口的兼容；同時增加了一些可調的參數(shù)和附加的特性，并且這些參數(shù)和特性可通過工廠類進行配置。

相比于傳統(tǒng)的Java序列化機制，它的優(yōu)點如下：

可插拔的類解析器，提供更加便捷的類加載定制策略，通過一個接口即可實現(xiàn)定制；

可插拔的對象替換技術，不需要通過繼承的方式；

可插拔的預定義類緩存表，可以減小序列化的字節(jié)數(shù)組長度，提升常用類型的對象序列化性能；

無須實現(xiàn)java.io.Serializable接口，即可實現(xiàn)Java序列化；

通過緩存技術提升對象的序列化性能。

使用方法如下：

引入marshalling的maven依賴：

<dependency><groupId>org.jboss.marshalling</groupId><artifactId>jboss-marshalling-serial</artifactId><version>2.0.6.Final</version> </dependency>

創(chuàng)建一個生產marshalling編碼器和marshalling解碼器的工廠類：

package com.morris.netty.serialize.marshalling;import io.netty.handler.codec.marshalling.*; import org.jboss.marshalling.MarshallerFactory; import org.jboss.marshalling.Marshalling; import org.jboss.marshalling.MarshallingConfiguration;public final class MarshallingCodeCFactory {public static MarshallingDecoder buildMarshallingDecoder() {final MarshallerFactory marshallerFactory = Marshalling.getProvidedMarshallerFactory("serial");final MarshallingConfiguration configuration = new MarshallingConfiguration();configuration.setVersion(5);UnmarshallerProvider provider = new DefaultUnmarshallerProvider(marshallerFactory, configuration);MarshallingDecoder decoder = new MarshallingDecoder(provider, 1024);return decoder;}public static MarshallingEncoder buildMarshallingEncoder() {final MarshallerFactory marshallerFactory = Marshalling.getProvidedMarshallerFactory("serial");final MarshallingConfiguration configuration = new MarshallingConfiguration();configuration.setVersion(5);MarshallerProvider provider = new DefaultMarshallerProvider(marshallerFactory, configuration);MarshallingEncoder encoder = new MarshallingEncoder(provider);return encoder;} }

服務器端代碼：

ServerBootstrap b = new ServerBootstrap(); b.group(bossGroup, workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overridepublic void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {ch.pipeline().addLast(MarshallingCodeCFactory.buildMarshallingDecoder()); // 解碼器ch.pipeline().addLast(MarshallingCodeCFactory.buildMarshallingEncoder()); // 編碼器ch.pipeline().addLast(new ServerHandler());}});

這里不需要處理粘包和半包問題的原因與java序列化不需要處理的原因一致，具體可以參考MarshallingEncoder和MarshallingDecoder的源代碼。

服務器端業(yè)務代碼與java序列化的服務器端業(yè)務代碼一致。

相比于前面介紹的兩種編解碼框架，JBoss Marshalling更多是在JBoss內部使用，應用范圍有限，netty是JBoss公司的，所以netty要支持一下自己家的產品。

自定義編解碼器MessagePack

編碼器相關基類：

• 將消息編碼為字節(jié)：MessageToByteEncoder。
• 將消息編碼為消息：MessageToMessageEncoder，T代表源數(shù)據(jù)的類型。

解碼器相關基類：

• 將字節(jié)解碼為消息：ByteToMessageDecoder。
• 將一種消息類型解碼為另一種消息類型：MessageToMessageDecoder。

編解碼器類：

• ByteToMessageCodec。
• MessageToMessageCodec。

下面通過自定義編碼器和解碼器，將MessagePack作為序列化框架嵌入到項目中來：

引入MessagePack的maven依賴：

<dependency><groupId>org.msgpack</groupId><artifactId>msgpack</artifactId><version>0.6.12</version> </dependency>

編碼器：

package com.morris.netty.serialize.messagepack;import com.morris.netty.serialize.pojo.UserRequest; import io.netty.buffer.ByteBuf; import io.netty.channel.ChannelHandlerContext; import io.netty.handler.codec.MessageToByteEncoder; import org.msgpack.MessagePack;public class MessagePackEncoder extends MessageToByteEncoder<UserRequest> {@Overrideprotected void encode(ChannelHandlerContext ctx, UserRequest msg, ByteBuf out)throws Exception {MessagePack messagePack = new MessagePack();byte[] raw = messagePack.write(msg);out.writeBytes(raw);} }

解碼器：

package com.morris.netty.serialize.messagepack;import com.morris.netty.serialize.pojo.UserRequest; import io.netty.buffer.ByteBuf; import io.netty.channel.ChannelHandlerContext; import io.netty.handler.codec.MessageToMessageDecoder; import org.msgpack.MessagePack;import java.io.Serializable; import java.util.List;public class MessagePackDecoder extends MessageToMessageDecoder<ByteBuf> {@Overrideprotected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List<Object> out)throws Exception {byte[] bytes = new byte[in.readableBytes()];in.readBytes(bytes);MessagePack messagePack = new MessagePack();Serializable serializable = messagePack.read(bytes, UserRequest.class);out.add(serializable);} }

實體類，注意加上@Message注解：

package com.morris.netty.serialize.pojo;import lombok.Data; import org.msgpack.annotation.Message;import java.io.Serializable;@Message @Data public class UserRequest implements Serializable {private int age;private String name; }

服務器端啟動類關鍵代碼：

ServerBootstrap b = new ServerBootstrap(); b.group(bossGroup, workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overridepublic void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {ch.pipeline().addLast(new LengthFieldBasedFrameDecoder(1024, 0, 2, 0, 2)); // 解決粘包半包問題ch.pipeline().addLast(new MessagePackDecoder()); // 解碼器ch.pipeline().addLast(new ServerHandler());}});

服務器端業(yè)務處理類：

package com.morris.netty.serialize.messagepack;import io.netty.buffer.Unpooled; import io.netty.channel.ChannelHandlerContext; import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;public class ServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler {@Overrideprotected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {System.out.println("receive from client: " + msg);ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("success\n".getBytes()));ctx.fireChannelRead(msg);}}

客戶端啟動類關鍵代碼：

Bootstrap b = new Bootstrap(); b.group(workerGroup).channel(NioSocketChannel.class).handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overridepublic void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {ch.pipeline().addLast(new LengthFieldPrepender(2)); // 解決粘包半包問題// 服務器端發(fā)送過來的是以換行符分割的文本，所以這里使用LineBasedFrameDecoder處理粘包半包問題ch.pipeline().addLast(new LineBasedFrameDecoder(1024));ch.pipeline().addLast(new MessagePackEncoder()); // 編碼器ch.pipeline().addLast(new ClientHandler());}});

客戶端業(yè)務處理類：

package com.morris.netty.serialize.messagepack;import com.morris.netty.serialize.pojo.UserRequest; import io.netty.buffer.ByteBuf; import io.netty.channel.ChannelHandlerContext; import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;public class ClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler {@Overridepublic void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {for (int i = 0; i < 100; i++) {UserRequest request = new UserRequest();request.setAge(i);request.setName("morris");ctx.writeAndFlush(request);}}@Overrideprotected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {ByteBuf receiveByteBuf = (ByteBuf) msg;byte[] bytes = new byte[receiveByteBuf.readableBytes()];receiveByteBuf.readBytes(bytes);System.out.println("receive from server: " + new String(bytes));} }

當然，除了上述介紹的編解碼框架和技術之外，比較常用的還有kryo、hession和Json等。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的netty编解码器与序列化框架分析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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