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深入了解NettyHandler

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一、NettyHandler傳遞

Netty框架提供可重用的事件驅動的網絡應用程序編程框架，設計靈活且具有高效的性能。NettyHandler是這個框架中的一個重要組成部分，它負責處理所有入站和出站的數據流。NettyHandler是包含在Netty的ChannelPipeline中的一個攔截器，每個攔截器都可以執行自定義的邏輯處理，然後傳遞給下一個攔截器。

NettyHandler可以通過channelActive()，channelRead()和channelWrite()這些方法來處理Channel的網絡事件。其中，channelActive()方法在連接建立時被調用，channelRead()方法在收到消息時被調用，channelWrite()方法在發送消息時被調用。對於入站數據，它將以ByteBuf形式傳遞到NettyHandler中，而出站數據則以ByteBuf的形式從NettyHandler中傳遞。

下面是一個簡單的NettyHandler示例：

public class MyNettyHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        //連接到服務端成功時調用
        super.channelActive(ctx);
        System.out.println("Channel is active");
    }

    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        //接收到服務端消息時調用
        ByteBuf in = (ByteBuf)msg;
        try {
            String message = in.toString(CharsetUtil.UTF_8);
            System.out.println("Received the server message：" + message);
        } finally {
            in.release();
        }
    }

    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        //服務端消息讀取完成時調用
        super.channelReadComplete(ctx);
        System.out.println("Channel read complete");
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        //異常處理方法
        super.exceptionCaught(ctx, cause);
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

二、NettyHandler和ChildHandler

ChildHandler是一種特殊類型的攔截器，它用於處理NettyHandler創建的子通道。NettyHandler與ChildHandler之間有很多相似之處，但它們在用途上不同。ChildHandler被用於處理連接建立之後，NettyHandler創建的子通道，通常對於子通道的配置和狀態管理，我們使用ChildHandler實現。

下面是一個NettyHandler和ChildHandler如何使用的示例程序：

public class MyServerInitializer extends ChannelInitializer{

    @Override
    protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
        //添加多個Handler到ChannelPipeline中
        ch.pipeline().addLast(new MyNettyHandler());
        ch.pipeline().addLast(new MyChildHandler());
    }
}

public class MyChildHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        //子通道連接到服務端成功時調用
        super.channelActive(ctx);
        System.out.println("sub channel is active");
    }

    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        //接收到子通道消息時調用
        ByteBuf in = (ByteBuf)msg;
        try {
            String message = in.toString(CharsetUtil.UTF_8);
            System.out.println("Received the sub channel message：" + message);
        } finally {
            in.release();
        }
    }

    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        //子通道消息讀取完成時調用
        super.channelReadComplete(ctx);
        System.out.println("Sub channel read complete");
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        //異常處理方法
        super.exceptionCaught(ctx, cause);
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

三、常見NettyHandler

NettyHandler是Netty框架中的基本模塊，而在實際應用中，我們還會根據實際需要編寫自定義的NettyHandler。下面是一些常見的NettyHandler示例：

1. HeartbeatHandler

HeartbeatHandler用於實現心跳機制，可以在一段時間內檢查一些連接的狀態並發送心跳信息來保證連接的持續性。

public class HeartbeatHandler extends ChannelDuplexHandler {

    //心跳包內容，用於檢查連接狀態
    private static final ByteBuf HEARTBEAT_SEQUENCE = Unpooled.unreleasableBuffer(Unpooled.copiedBuffer("HEARTBEAT", CharsetUtil.UTF_8));

    @Override
    public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) throws Exception {
        if (evt instanceof IdleStateEvent) {
            IdleStateEvent e = (IdleStateEvent) evt;
            switch (e.state()) {
                case READER_IDLE:
                    //長時間沒有讀取到數據，觸發心跳事件
                    ctx.writeAndFlush(HEARTBEAT_SEQUENCE.duplicate());
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
    }
}

2. AuthHandler

AuthHandler用於身份驗證，例如在連接服務端之前需要驗證客戶端的身份，可以通過AuthHandler實現。

public class AuthHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    private static final String USERNAME = "admin";
    private static final String PASSWORD = "secret";

    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        //身份驗證代碼
        String[] data = ((String) msg).split(",");
        String username = data[0];
        String password = data[1];
        if (USERNAME.equals(username) && PASSWORD.equals(password)) {
            ctx.pipeline().remove(this);
            System.out.println("Authentication successful");
        } else {
            System.out.println("Authentication failed");
            ctx.close();
        }
    }
}

3. CompressionHandler

CompressionHandler用於數據壓縮和解壓縮。例如，當網絡帶寬有限時，可以使用CompressionHandler自動壓縮傳輸數據，以節省帶寬。當然，數據交換的過程中，CompressionHandler也會自動解壓縮數據。

public class CompressionHandler extends ChannelDuplexHandler {

    private static final int DEFAULT_THRESHOLD = 1024;
    private int compressionThreshold = DEFAULT_THRESHOLD;

    public CompressionHandler() {
    }

    public CompressionHandler(int compressionThreshold) {
        this.compressionThreshold = compressionThreshold;
    }

    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        if (msg instanceof ByteBuf) {
            ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
            if (buf.readableBytes() >= compressionThreshold) {
                ByteBuf compressionBuf = compress(buf);
                buf.release();
                super.channelRead(ctx, compressionBuf);
            } else {
                super.channelRead(ctx, buf);
            }
        } else {
            super.channelRead(ctx, msg);
        }
    }

    @Override
    public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception {
        if (msg instanceof ByteBuf) {
            ByteBuf buf = (ByteBuf)msg;
            ByteBuf compressionBuf = compress(buf);
            buf.release();
            super.write(ctx, compressionBuf, promise);
        } else {
            super.write(ctx, msg, promise);
        }
    }

    private ByteBuf compress(ByteBuf buf) {
        //壓縮方法
    }
}

4. LengthFieldBasedFrameDecoder

LengthFieldBasedFrameDecoder是一個可以處理TCP粘包問題的解碼器，用於分割接收到的二進制數據。它可以從二進制數據流中讀取指定的長度字段，並根據該長度字段的值分割收到的數據。

public class LengthFieldBasedFrameDecoder extends ByteToMessageDecoder {
    private static final int DEFAULT_MAX_FRAME_SIZE = 1024 * 1024;

    private final ByteOrder byteOrder;
    private final int maxFrameLength;
    private final int lengthFieldOffset;
    private final int lengthFieldLength;
    private final int lengthAdjustment;
    private final int initialBytesToStrip;
    private final boolean failFast;

    public LengthFieldBasedFrameDecoder(int maxFrameLength, int lengthFieldOffset, int lengthFieldLength) {
        this(maxFrameLength, lengthFieldOffset, lengthFieldLength, 0, 0);
    }

    public LengthFieldBasedFrameDecoder(int maxFrameLength, int lengthFieldOffset, int lengthFieldLength, int lengthAdjustment, int initialBytesToStrip) {
        this(ByteOrder.BIG_ENDIAN, maxFrameLength, lengthFieldOffset, lengthFieldLength, lengthAdjustment, initialBytesToStrip, true);
    }

    public LengthFieldBasedFrameDecoder(ByteOrder byteOrder, int maxFrameLength, int lengthFieldOffset, int lengthFieldLength, int lengthAdjustment, int initialBytesToStrip, boolean failFast) {
        this.byteOrder = byteOrder;
        this.maxFrameLength = maxFrameLength;
        this.lengthFieldOffset = lengthFieldOffset;
        this.lengthFieldLength = lengthFieldLength;
        this.lengthAdjustment = lengthAdjustment;
        this.initialBytesToStrip = initialBytesToStrip;
        this.failFast = failFast;
    }

    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        if (msg instanceof ByteBuf) {
            ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
            try {
                List out = new ArrayList();
                while (buf.readableBytes() >= lengthFieldOffset + lengthFieldLength) {
                    //讀取length字段值
                    int frameLength = getFrameLength(buf, buf.readerIndex() + lengthFieldOffset, lengthFieldLength, byteOrder);
                    if (frameLength  buf.readableBytes()) {
                        break;
                    }
                    //丟棄length字段
                    if (initialBytesToStrip > frameLength) {
                        buf.skipBytes(lengthFieldOffset + lengthFieldLength + frameLength);
                        continue;
                    }
                    //根據讀取到的length值解碼數據
                    buf.skipBytes(lengthFieldOffset + lengthFieldLength + initialBytesToStrip);
                    int readerIndex = buf.readerIndex();
                    ByteBuf frame = buf.slice(readerIndex, frameLength - initialBytesToStrip);
                    try {
                        out.add(frame);
                    } finally {
                        buf.readerIndex(readerIndex + frameLength - initialBytesToStrip);
                    }
                }
                if (!out.isEmpty()) {
                    ctx.fireChannelRead(out);
                }
            } catch (DecoderException e) {
                throw e;
            } catch (Throwable t) {
                throw new DecoderException(t);
            } finally {
                buf.release();
            }
        } else {
            super.channelRead(ctx, msg);
        }
    }

    private static int getFrameLength(ByteBuf buf, int offset, int length, ByteOrder order) {
        //讀取length字段值方法
    }
}

四、結語
NettyHandler是Netty框架中的一種非常重要的組件，其在網絡編程中的作用不可忽視。本文分別介紹了NettyHandler的傳遞機制和與ChildHandler之間的聯繫，並給出了一些常見的NettyHandler的示例。在實際開發中，我們需要根據實際需要編寫自定義的NettyHandler，使得我們的網絡應用程序更加靈活和高效。
原創文章，作者：小藍，如若轉載，請註明出處：https://www.506064.com/zh-hk/n/295263.html
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