SpringBoot+Netty构建高并发稳健的部标JT808网关

应很多朋友的要求，今天分享一下如何使用SpringBoot和Netty构建高并发稳健的JT808网关，并且是兼容JT808-2011和JT808-2019的网关，此网关已经有多个客户在商用。

JT808网关作为部标终端连接的服务端，承载了终端登录、心跳、位置、拍照等基础业务以及信令交互，是整个系统最核心的模块，一旦崩溃，则所有部标终端都会离线，所有信令交互包括1078和主动安全的信令交互也会大受影响。所以，JT808网关的并发性稳定性健壮性成为整个系统最重要的考量之一。

很多朋友用Mina或者Netty编写网关程序时遇到过很多问题：

• 线程阻塞、内存溢出等。
• 将所有数据转成16进制字符串，用字符串操作数据。字符串处理的效率是最低的，当终端越来越多时，性能问题就会凸显。应当充分使用Netty的ByteBuf处理数据。
• 未充分利用Netty的pipeline链式处理器，将所有的业务都放在一个handler中处理。
• JT808消息类型多，几十上百个，如果采用if/else或者枚举case判断，造成业务处理类臃肿庞大，维护和新增业务处理及其困难。
• 今年推出的JT808-2019，不知道如何兼容扩展。

本文使用JDK8+的环境开发，使用SpringBoot2.x以及Netty4.x，如有不懂JDK8的新语法，请查阅资料。
此网关的特性：
1.支持JT808-2011、JT808-2019、JT1078报警、主动安全报警
2.使用MQ和Redis解耦，多模块数据共享订阅，不与任何数据库关联
3.多环境开发
4.跨平台，部署简单
5.支持ProtoBuf和JSON序列化
6.本公司首创的利用策略模式的底层封装库，模板可用于任何协议的开发，简化了网络编程的复杂度，只专注于业务开发，无任何网络编程经验的人员都可接手，节省开发成本。

1.通用TcpServer创建

public class TcpServer {
    public TcpServer(int threadPoolSize, int port) {
        NioEventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        NioEventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();

        ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
        serverBootstrap
                .group(bossGroup, workerGroup)
                .channel(NioServerSocketChannel.class)
                .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024)
                .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true)
                .childOption(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)
                .childHandler(new ChannelInitializer() {
                    @Override
                    protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                    }
                });

        serverBootstrap.bind(port).addListener(future -> {
            if (future.isSuccess()) {
            //启动成功
            } else {
            //启动失败
            }
        });
    }
}

• 首先看到，我们创建了两个NioEventLoopGroup，这两个对象可以看做是传统IO编程模型的两大线程组。bossGroup负责监听端口，accept 新连接的线程组，这个线程数不宜过大，1-2个即可。workerGroup是负责处理每个连接的数据读写的线程组，默认线程数为CPU核心数的2倍。用通俗易懂的例子就是，一个企业运作，当然要有一个老板负责从外面接活，然后下面有很多员工负责具体干活，老板就是bossGroup，员工就是workerGroup。bossGroup接收完连接，扔给workerGroup处理。
• ChannelOption.SO_KEEPALIVE表示是否开启TCP底层心跳机制，true为开启
  ChannelOption.TCP_NODELAY表示是否开启Nagle算法，true表示关闭，false表示开启，通俗地说，如果要求高实时性，有数据发送时就马上发送，就关闭，如果需要减少发送次数减少网络交互，就开启。
• 接着，我们调用childHandler()方法，给这个引导类创建一个ChannelInitializer，这里主要定义后续每个连接的数据读写，业务处理逻辑。

2.接着设计最重要的Channel Pipeline中的链式处理器

先贴上我们pipeline的处理器都有哪些：

ch.pipeline().addLast(new IdleStateHandler(Jt808Constant.READER_IDLE_TIME, 0, 0, TimeUnit.SECONDS));
ch.pipeline().addLast(new Jt808FrameDecoder());
ch.pipeline().addLast(Jt808ProtocolDecoder.INSTANCE, new Jt808ProtocolEncoder());
ch.pipeline().addLast(Jt808LoginHandler.INSTANCE);
ch.pipeline().addLast(executorGroup, Jt808BusinessHandler.INSTANCE);

• IdleStateHandler：Netty提供的读写空闲状态检测的处理器。
• Jt808FrameDecoder：首先我们需要获取0x7E开头0x7E结尾的完整JT808消息才能进行下一步的解包。由于网络问题，数据包可能会出现断包或者粘包的情况。很多朋友会采用DelimiterBasedFrameDecoder的方式截取以0x7E结尾的数据作为完整的数据包。这里有个问题，如果黑客是熟悉JT808协议的，他发了几十M的数据中间都是不含0x7E的，截取的数据就会有几十M，发多条进行攻击内存一下子就爆了。我们采用了最原始的ByteToMessageDecoder，这种方式很灵活，可以处理断包粘包，还可以控制每个包的大小，保证了灵活性安全性，性能也更高。这一步我们已经获取了0x7E开头和结尾并且已经反转义的数据包了，交给下一个处理器处理。
• Jt808ProtocolDecoder：这个处理器接收ByteBuf，按照JT808协议解析每个字段，根据消息体属性，可以区分数据是JT808-2011还是JT808-2019，消息体内容在BaseMessage里，然后封装成JT808消息实体类，传递给下一个处理器。

以下是Jt808Message的代码，我们要把每条消息所有字段都看成一个整体，没必要把消息头消息体分离出去新建其他类，最后还派生出一堆子类，只会把自己和别人绕晕。

public class Jt808Message extends BaseMessage {
    /**
     * 消息ID
     */
    private int msgId;

    /**
     * 终端手机号
     */
    private String phoneNumber;

    /**
     * 终端手机号数组
     */
    private byte[] phoneNumberArr;

    /**
     * 协议版本号
     */
    private int protocolVersion;

    /**
     * 消息流水号
     */
    private int msgFlowId;

    /**
     * 是否分包
     */
    private boolean multiPacket;

    /**
     * 版本标识
     */
    private int versionFlag;

    /**
     * 加密方式，0：不加密，1：RSA加密
     */
    private int encryptType;

    /**
     * 消息总包数
     */
    private int packetTotalCount;

    /**
     * 包序号
     */
    private int packetOrder;

    /**
     * 协议类型（JT808_2011、JT808_2013、JT905、JT808_2019）
     */
    private ProtocolEnum protocolType;
}

协议解码器代码：

@Slf4j
@Sharable
public class Jt808ProtocolDecoder extends MessageToMessageDecoder {

    public static final Jt808ProtocolDecoder INSTANCE = new Jt808ProtocolDecoder();

    private Jt808ProtocolDecoder() {
    }

    @Override
    protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg, List