如何用JAVA实现一款高可用的TCP数据传输服务器(一)——【基于netty4.x】

震惊！这可能是我与底层最接近的一次编程体验

1.netty能做什么

首先netty是一款高性能、封装性良好且灵活、基于NIO(真·非阻塞IO)的开源框架。可以用来手写web服务器、TCP服务器等，支持的协议丰富，如：常用的HTTP/HTTPS/WEBSOCKET，并且提供的大量的方法，十分灵活，可以根据自己的需求量身DIV一款服务器。
用netty编写TCP的服务器/客户端
1.可以自己设计数据传输协议如下面这样：

在这里插入图片描述

2.可以自定义编码规则和解码规则
3.可以自定义客户端与服务端的数据交互细节，处理socket流攻击、TCP的粘包和拆包问题

2.Quick Start

• 创建一个普通的maven项目，不依赖任何的三方web服务器，用main方法执行即可。

  
  
  

  在这里插入图片描述

• 加入POM依赖

        
            io.netty
            netty-all
            4.1.6.Final
        
        
        
            com.fasterxml.jackson.core
            jackson-databind
            2.9.7
        
        
        
            log4j
            log4j
            1.2.17
        

• 设计一套基于TCP的数据传输协议

public class TcpProtocol {
    private byte header=0x58;
    private int len;
    private byte [] data;
    private byte tail=0x63;

    public byte getTail() {
        return tail;
    }

    public void setTail(byte tail) {
        this.tail = tail;
    }

    public TcpProtocol(int len, byte[] data) {
        this.len = len;
        this.data = data;
    }

    public TcpProtocol() {
    }

    public byte getHeader() {
        return header;
    }

    public void setHeader(byte header) {
        this.header = header;
    }

    public int getLen() {
        return len;
    }

    public void setLen(int len) {
        this.len = len;
    }

    public byte[] getData() {
        return data;
    }

    public void setData(byte[] data) {
        this.data = data;
    }
}

这里使用16进制表示协议的开始位和结束位，其中0x58代表开始，0x63代表结束，均用一个字节来进行表示。

• TCP服务器的启动类

public class TcpServer {
    private  int port;
    private Logger logger = Logger.getLogger(this.getClass());
    public  void init(){
        logger.info("正在启动tcp服务器……");
        NioEventLoopGroup boss = new NioEventLoopGroup();//主线程组
        NioEventLoopGroup work = new NioEventLoopGroup();//工作线程组
        try {
            ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();//引导对象
            bootstrap.group(boss,work);//配置工作线程组
            bootstrap.channel(NioServerSocketChannel.class);//配置为NIO的socket通道
            bootstrap.childHandler(new ChannelInitializer() {
                protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {//绑定通道参数
                    ch.pipeline().addLast("logging",new LoggingHandler("DEBUG"));//设置log监听器，并且日志级别为debug，方便观察运行流程
                    ch.pipeline().addLast("encode",new EncoderHandler());//编码器。发送消息时候用过
                    ch.pipeline().addLast("decode",new DecoderHandler());//解码器，接收消息时候用
                    ch.pipeline().addLast("handler",new BusinessHandler());//业务处理类，最终的消息会在这个handler中进行业务处理
                }
            });
            bootstrap.option(ChannelOption.SO_BACKLOG,1024);//缓冲区
            bootstrap.childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE,true);//ChannelOption对象设置TCP套接字的参数，非必须步骤
            ChannelFuture future = bootstrap.bind(port).sync();//使用了Future来启动线程，并绑定了端口
            logger.info("启动tcp服务器启动成功，正在监听端口:"+port);
            future.channel().closeFuture().sync();//以异步的方式关闭端口

        }catch (InterruptedException e) {
            logger.info("启动出现异常："+e);
        }finally {
            work.shutdownGracefully();
            boss.shutdownGracefully();//出现异常后，关闭线程组
            logger.info("tcp服务器已经关闭");
        }

    }

    public static void main(String[] args) {
        new TcpServer(8777).init();
    }
    public TcpServer(int port) {
        this.port = port;
    }
}

只要是基于netty的服务器，都会用到bootstrap 并用这个对象绑定工作线程组，channel的Class,以及用户DIV的各种pipeline的handler类，注意在添加自定义handler的时候，数据的流动顺序和pipeline中添加hanlder的顺序是一致的。也就是说，从上往下应该为：底层字节流的解码/编码handler、业务处理handler。

• 编码器
  编码器是服务器按照协议格式返回数据给客户端时候调用的，继承MessageToByteEncoder代码：

public class EncoderHandler extends MessageToByteEncoder {
    private  Logger logger = Logger.getLogger(this.getClass());
    protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ByteBuf out) throws Exception {
        if (msg instanceof TcpProtocol){
            TcpProtocol protocol = (TcpProtocol) msg;
            out.writeByte(protocol.getHeader());
            out.writeInt(protocol.getLen());
            out.writeBytes(protocol.getData());
            out.writeByte(protocol.getTail());
            logger.debug("数据编码成功："+out);
        }else {
            logger.info("不支持的数据协议："+msg.getClass()+"\t期待的数据协议类是："+TcpProtocol.class);
        }
    }
}

• 解码器
  解码器属于比较核心的部分，自定义解码协议、粘包、拆包等都在里面实现，继承自ByteToMessageDecoder，其实ByteToMessageDecoder的内部已经帮我们处理好了拆包/粘包的问题，只需要按照它的设计原则去实现decode方法即可：

public class DecoderHandler extends ByteToMessageDecoder {
    //最小的数据长度：开头标准位1字节
    private static int MIN_DATA_LEN=6;
    //数据解码协议的开始标志
    private static byte PROTOCOL_HEADER=0x58;
    //数据解码协议的结束标志
    private static byte PROTOCOL_TAIL=0x63;
    private Logger logger = Logger.getLogger(this.getClass());
    protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List