Netty实现心跳机制

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本文假设你已经了解了Netty的使用，或者至少写过netty的helloworld，知道了netty的基本使用。我们知道使用netty的时候，大多数的东西都与Handler有关，我们的业务逻辑基本都是在Handler中实现的。Netty中自带了一个IdleStateHandler 可以用来实现心跳检测。

心跳检测的逻辑

本文中我们将要实现的心跳检测逻辑是这样的：服务端启动后，等待客户端连接，客户端连接之后，向服务端发送消息。如果客户端在“干活”那么服务端必定会收到数据，如果客户端“闲下来了”那么服务端就接收不到这个客户端的消息，既然客户端闲下来了，不干事，那么何必浪费连接资源呢？所以服务端检测到一定时间内客户端不活跃的时候，将客户端连接关闭。本文要实现的逻辑步骤为：

1. 启动服务端，启动客户端
2. 客户端向服务端发送"I am alive"，并sleep随机时间，用来模拟空闲。
3. 服务端接收客户端消息，并返回"copy that"，客户端空闲时 计数+1.
4. 服务端客户端继续通信
5. 服务端检测客户端空闲太多，关闭连接。客户端发现连接关闭了，就退出了。

有了这个思路，我们先来编写服务端。

心跳检测服务端代码

public class HeartBeatServer {

    int port ;
    public HeartBeatServer(int port){
        this.port = port;
    }

    public void start(){
        ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
        EventLoopGroup boss = new NioEventLoopGroup();
        EventLoopGroup worker = new NioEventLoopGroup();
        try{
            bootstrap.group(boss,worker)
                    .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .childHandler(new HeartBeatInitializer());

            ChannelFuture future = bootstrap.bind(port).sync();
            future.channel().closeFuture().sync();
        }catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            worker.shutdownGracefully();
            boss.shutdownGracefully();
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        HeartBeatServer server = new HeartBeatServer(8090);
        server.start();
    }
}

熟悉netty的同志，对于上面的模板一样的代码一定是在熟悉不过了。啥都不用看，只需要看childHandler(new HeartBeatInitializer()) 这一句。HeartBeatInitializer就是一个ChannelInitializer顾名思义，他就是在初始化channel的时做一些事情。我们所需要开发的业务逻辑Handler就是在这里添加的。其代码如下：

public class HeartBeatInitializer extends ChannelInitializer {

    @Override
    protected void initChannel(Channel channel) throws Exception {
        ChannelPipeline pipeline = channel.pipeline();
        pipeline.addLast("decoder", new StringDecoder());
        pipeline.addLast("encoder", new StringEncoder());
        pipeline.addLast(new IdleStateHandler(2,2,2, TimeUnit.SECONDS));
        pipeline.addLast(new HeartBeatHandler());
    }
}

代码很简单，我们先添加了StringDecoder,和StringEncoder。这两个其实就是编解码用的，下面的IdleStateHandler才是本次心跳的核心组件。我们可以看到IdleStateHandler的构造函数中接收了4个参数，其定义如下：

public IdleStateHandler(long readerIdleTime, long writerIdleTime, long allIdleTime, TimeUnit unit);

三个空闲时间参数，以及时间参数的格式。我们的例子中设置的是2,2,2，意思就是客户端2秒没有读/写，这个超时时间就会被触发。超时事件触发就需要我们来处理了，这就是上的HeartBeatInitializer中最后一行的HeartBeatHandler所做的事情。代码如下：

public class HeartBeatHandler extends SimpleChannelInboundHandler {

    int readIdleTimes = 0;

    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String s) throws Exception {
        System.out.println(" ====== > [server] message received : " + s);
       if("I am alive".equals(s)){
            ctx.channel().writeAndFlush("copy that");
        }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");
            ctx.channel().writeAndFlush("you are out");
            ctx.channel().close();
        }
    }
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.err.println("=== " + ctx.channel().remoteAddress() + " is active ===");
    }

}

至此，我们的服务端写好了。

心跳检测客户端代码

netty的api设计使得编码的模式非常具有通用性，所以客户端代码和服务端的代码几乎一样：启动client端的代码几乎一样，也需要一个ChannelInitializer，也需要Handler。改动的地方很少，因此本文不对客户端代码进行详细解释。下面给出client端的完整代码：

public class HeartBeatClient  {

    int port;
    Channel channel;
    Random random ;

    public HeartBeatClient(int port){
        this.port = port;
        random = new Random();
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        HeartBeatClient client = new HeartBeatClient(8090);
        client.start();
    }

    public void start() {
        EventLoopGroup eventLoopGroup = new NioEventLoopGroup();
        try{
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            bootstrap.group(eventLoopGroup).channel(NioSocketChannel.class)
                    .handler(new HeartBeatClientInitializer());

            connect(bootstrap,port);
            String  text = "I am alive";
            while (channel.isActive()){
                sendMsg(text);
            }
        }catch(Exception e){
            // do something
        }finally {
            eventLoopGroup.shutdownGracefully();
        }
    }

    public void connect(Bootstrap bootstrap,int port) throws Exception{
        channel = bootstrap.connect("localhost",8090).sync().channel();
    }

    public void sendMsg(String text) throws Exception{
        int num = random.nextInt(10);
        Thread.sleep(num * 1000);
        channel.writeAndFlush(text);
    }

    static class HeartBeatClientInitializer extends ChannelInitializer {

        @Override
        protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {
            ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
            pipeline.addLast("decoder", new StringDecoder());
            pipeline.addLast("encoder", new StringEncoder());
            pipeline.addLast(new HeartBeatClientHandler());
        }
    }

    static class HeartBeatClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler {
        @Override
        protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) throws Exception {
            System.out.println(" client received :" +msg);
            if(msg!= null && msg.equals("you are out")) {
                System.out.println(" server closed connection , so client will close too");
                ctx.channel().closeFuture();
            }
        }
    }
}

运行代码

在上面的代码写好之后，我们先启动服务端，然后在启动客户端。运行日志如下：

server端：

=== /127.0.0.1:57700 is active ===
 ====== > [server] message received : I am alive
 ====== > [server] message received : I am alive
/127.0.0.1:57700超时事件：写空闲
/127.0.0.1:57700超时事件：读空闲
/127.0.0.1:57700超时事件：读写空闲
/127.0.0.1:57700超时事件：写空闲
/127.0.0.1:57700超时事件：读空闲
/127.0.0.1:57700超时事件：读写空闲
/127.0.0.1:57700超时事件：写空闲
 ====== > [server] message received : I am alive
/127.0.0.1:57700超时事件：写空闲
/127.0.0.1:57700超时事件：读写空闲
/127.0.0.1:57700超时事件：读空闲
/127.0.0.1:57700超时事件：写空闲
/127.0.0.1:57700超时事件：读写空闲
/127.0.0.1:57700超时事件：读空闲
 [server]读空闲超过3次，关闭连接

client端：

 client sent msg and sleep 2
 client received :copy that
 client received :copy that
 client sent msg and sleep 6
 client sent msg and sleep 6
 client received :copy that
 client received :you are out
 server closed connection , so client will close too

Process finished with exit code 0

通过上面的运行日志，我们可以看到：

1.客户端在与服务器成功建立之后，发送了3次'I am alive'，服务端也回应了3次：'copy that'

2.由于客户端消极怠工，超时了多次，服务端关闭了链接。

3.客户端知道服务端抛弃自己之后，也关闭了连接，程序退出。

以上简单了演示了一下，netty的心跳机制，其实主要就是使用了IdleStateHandler。源码下载

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