Netty 通訊協(xié)議設計概要

1. 前言

上節(jié)內容，我們主要介紹了 Netty 的粘包和拆包問題，并且大致介紹了 Netty 提供的常見拆包器，分別是固定長度拆包器、行拆包器、分隔符拆包器、基于長度域拆包器，但是它們只是相對簡單的協(xié)議，也就是說無法滿足復雜的業(yè)務場景，因此，我們可以通過自定義協(xié)議的方式去解決 TCP 的粘包和拆包問題。

2. 了解什么是協(xié)議

首先，我們大概了解什么是協(xié)議，協(xié)議可以把它認為是一種規(guī)則而不是技術，約束客戶端和服務端之間通訊，數(shù)據(jù)組裝和拆分的一種規(guī)范。客戶端安裝某種規(guī)范去組裝數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)傳輸給服務端，服務端再安裝這種規(guī)范拆解數(shù)據(jù)，那么這就是一種協(xié)議，可以根據(jù)實際業(yè)務區(qū)指定符合自身的協(xié)議，其實基于 Netty 去制定的私有協(xié)議，我個人接觸過的是傳輸車輛 GPS 數(shù)據(jù)的 809 協(xié)議，在和 GPS 服務器通訊時，必須按照該協(xié)議去進行封裝和解析數(shù)據(jù)，否則通訊異常。

其實，類似的規(guī)則還有很多，從開發(fā)的角度來說，都是各種規(guī)則和約束，比如說：前面提到的序列化技術，序列化其實就是把數(shù)據(jù)按照某種規(guī)則去轉換成 byte 數(shù)字，而反序列化就是按照這種規(guī)則再去把字節(jié)流轉換成對應的類型數(shù)據(jù)。這些都是基于某種規(guī)則的基礎上，使用技術的手段去封裝的結果。

3. 通訊協(xié)議

3.1 協(xié)議架構

思路架構圖：

首先，我們先來了解協(xié)議在整個通訊當中的扮演的角色，如下圖所示：

如上圖所示，客戶端和服務端之間的通訊流程：

客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)

1. 客戶端先把一個對象序列化成字節(jié)流；
2. 然后把字節(jié)流根據(jù)協(xié)議把字節(jié)流組裝好；
3. 最后轉換成二進制傳輸?shù)骄W(wǎng)絡。

服務端接受數(shù)據(jù)

1. 從網(wǎng)絡中讀取二進制數(shù)據(jù)到本地的緩沖區(qū)；
2. 根據(jù)協(xié)議的規(guī)則讀取指定數(shù)據(jù)，并且識別是否是完整的數(shù)據(jù)包；
3. 如果是完整的數(shù)據(jù)包，則轉換成實體對象。

由此可見，協(xié)議主要是管理字節(jié)流格式的一種規(guī)則，如果把協(xié)議環(huán)節(jié)去掉，那么服務端就無法知道字節(jié)流的結束位置。

3.2 協(xié)議設計

協(xié)議介紹：

1. 協(xié)議標識符，以一個固定數(shù)作為標識符，占用 4 個字節(jié)，主要目的是用來識別協(xié)議的開頭，只要是以該標識開頭的協(xié)議則進行處理，否則不處理。主要目的是提高處理性能問題，如果隨便一個請求都需要進行處理，但是最終處理起來發(fā)現(xiàn)協(xié)議格式不對，拋異常，肯定會影響系統(tǒng)性能；
2. 數(shù)據(jù)長度，占用 4 個字節(jié)，標識數(shù)據(jù)的真實長度，獲取到該值后，往后讀取指定長度的數(shù)據(jù)即可。主要目的是防止粘包和拆包安全性問題；
3. 指令，協(xié)議是某個應用所有的業(yè)務公用的一種規(guī)則，那么應該如何區(qū)分是哪種業(yè)務呢？這里主要通過指令來進行區(qū)分；
4. 數(shù)據(jù)，這部分存儲的是真實的數(shù)據(jù)。

這算是比較簡單，并且常用的設計思路，主要和 Netty 內置的基于長度域拆包器類似，基本上都是有一個字段是用來存儲真實的數(shù)據(jù)長度，這樣才能準確的讀取數(shù)據(jù)的完整內容。當然，還可以在該設計基礎上加上更多的字段，比如：使用的序列號技術、協(xié)議版本號等等。

3.3 技術棧說明

相信到這里，大家對協(xié)議基本上有一個簡單的認識了，其實協(xié)議并不難，它只是一個約束而已，那么我們如何通過技術的實現(xiàn)，讓協(xié)議生效呢？主要的核心思想如下：

1. 序列化和發(fā)序列話技術，這個在 Netty 的編解碼的時候已經講過，序列化可以把對象轉化成字節(jié)流，反序列化可以把字節(jié)流轉換成對象；
2. 字節(jié)容器（字節(jié)緩沖區(qū)），必須按照協(xié)議的字段順序往字節(jié)容器里面存放對應的字節(jié)內容，然后把整個容器寫到網(wǎng)絡當中。這樣數(shù)據(jù)才能按照順序進行傳輸，服務端才能按照順序進行數(shù)據(jù)的讀取和處理。

4. 小結

本節(jié)主要介紹協(xié)議的思想，它就是一種規(guī)則，客戶端和服務端必須需要遵守的規(guī)則，才能保證數(shù)據(jù)的安全性。其次，講解了協(xié)議在客戶端和服務端通訊當中所扮演的角色，如果沒有協(xié)議，那么服務端一直讀取字節(jié)流，根本無法知道數(shù)據(jù)的完整性。最后，大概介紹了協(xié)議設計的大概思想，主要核心字段有四個，分別是協(xié)議標識符、數(shù)據(jù)長度、指令、數(shù)據(jù)，這四個字段是滿足協(xié)議的基本元素，可以根據(jù)實際業(yè)務再進行擴展字段。