Netty-2-数据编解码

解析编解码支持的原理

以编码为例，要将对象序列化成字节流，你可以使用MessageToByteEncoder或MessageToMessageEncoder类。

在这里插入图片描述
这两个类都继承自ChannelOutboundHandlerAdapter适配器类，用于进行数据的转换。

其中，对于MessageToMessageEncoder来说，如果把口标设置为ByteBuf,那么效果等同于使用MessageToByteEncodero这就是它们都可以进行数据编码的原因。

//MessageToMessageEncoder

    @Override
    public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception {
        // 创建一个CodecOutputList对象，并将其初始化为null
        CodecOutputList out = null;
        try {
            // 检查消息是否满足输出条件
            if (acceptOutboundMessage(msg)) {
                // 创建一个CodecOutputList对象，并将其赋值给out变量
                out = CodecOutputList.newInstance();
                // 将msg强制转换为I类型，并赋值给cast变量
                @SuppressWarnings("unchecked")
                I cast = (I) msg;
                try {
                    // 调用encode方法，将ctx、cast和out作为参数传入
                    encode(ctx, cast, out);
                } catch (Throwable th) {
                    // 释放cast的引用计数
                    ReferenceCountUtil.safeRelease(cast);
                    // 抛出异常
                    PlatformDependent.throwException(th);
                }
                // 释放cast的引用计数
                ReferenceCountUtil.release(cast);

                // 检查out是否为空
                if (out.isEmpty()) {
                    // 抛出编码异常
                    throw new EncoderException(
                            StringUtil.simpleClassName(this) + " must produce at least one message.");
                }
            } else {
                // 直接将msg写入通道
                ctx.write(msg, promise);
            }
        } catch (EncoderException e) {
            // 抛出编码异常
            throw e;
        } catch (Throwable t) {
            // 抛出编码异常
            throw new EncoderException(t);
        } finally {
            // 最终，释放out的引用计数
            if (out != null) {
                try {
                    // 获取out的元素个数
                    final int sizeMinusOne = out.size() - 1;
                    if (sizeMinusOne == 0) {
                        // 将out的第一个元素直接写入通道
                        ctx.write(out.getUnsafe(0), promise);
                    } else if (sizeMinusOne > 0) {
                        // 检查promise是否为voidPromise
                        if (promise == ctx.voidPromise()) {
                            // 使用voidPromise来减少GC压力
                            writeVoidPromise(ctx, out);
                        } else {
                            // 使用writePromiseCombiner方法来减少GC压力
                            writePromiseCombiner(ctx, out, promise);
                        }
                    }
                } finally {
                    // 释放out的资源
                    out.recycle();
                }
            }
        }
    }

 protected abstract void encode(ChannelHandlerContext ctx, I msg, List<Object> out) throws Exception;

最终的目标是把对象转换为ByteBuf,具体的转换代码则委托子类继承的encode方法来实现。

Netty提供了很多子类来支持前面提及的各种数据编码方式。
在这里插入图片描述

解析典型Netty数据编解码的实现

HttpObjectEncoder编码器

//HttpObjectEncoder编码器
    @Override
    @SuppressWarnings("ConditionCoveredByFurtherCondition")
    protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, List<Object> out) throws Exception {
        // 为了处理不需要类检查的常见模式的fast-path
        if (msg == Unpooled.EMPTY_BUFFER) {
            out.add(Unpooled.EMPTY_BUFFER);
            return;
        }
        // 以这种顺序进行instanceof检查的原因是，不依赖于ReferenceCountUtil::release作为一种通用释放机制，
        // 参见https://bugs.openjdk.org/browse/JDK-8180450。
        // https://github.com/netty/netty/issues/12708包含有关先前版本的此代码如何与JIT instanceof优化交互的更多详细信息。
        if (msg instanceof FullHttpMessage) {
            encodeFullHttpMessage(ctx, msg, out);
            return;
        }
        // 判断msg是否为HttpMessage的实例
        if (msg instanceof HttpMessage) {
            final H m;
            try {
                // 将msg转换为H类型
                m = (H) msg;
            } catch (Exception rethrow) {
                // 出现异常时，释放msg的引用计数并抛出异常
                ReferenceCountUtil.release(msg);
                throw rethrow;
            }
            // 判断m是否为LastHttpContent的实例
            if (m instanceof LastHttpContent) {
                // 调用encodeHttpMessageLastContent方法对LastHttpContent进行编码
                encodeHttpMessageLastContent(ctx, m, out);
            } 
            // 判断m是否为HttpContent的实例
            else if (m instanceof HttpContent) {
                // 调用encodeHttpMessageNotLastContent方法对HttpContent进行编码
                encodeHttpMessageNotLastContent(ctx, m, out);
            } 
            // m既不是LastHttpContent也不是HttpContent的实例
            else {
                // 调用encodeJustHttpMessage方法对m进行编码
                encodeJustHttpMessage(ctx, m, out);
            }
        } 
        // msg不是HttpMessage的实例
        else {
            // 调用encodeNotHttpMessageContentTypes方法对非HttpMessage的内容类型进行编码
            encodeNotHttpMessageContentTypes(ctx, msg, out);
        }

    }

HttpObjectDecoder解码器

//HttpObjectDecoder.java

    /**
     * 定义了一个私有枚举类型State，表示不同的状态
     */
    private enum State {
        /**
         * 用于跳过控制字符
         */
        SKIP_CONTROL_CHARS,
        
        /**
         * 读取初始内容
         */
        READ_INITIAL,
        
        /**
         * 读取头部信息
         */
        READ_HEADER,
        
        /**
         * 读取可变长度的内容
         */
        READ_VARIABLE_LENGTH_CONTENT,
        
        /**
         * 读取固定长度的内容
         */
        READ_FIXED_LENGTH_CONTENT,
        
        /**
         * 读取分块大小
         */
        READ_CHUNK_SIZE,
        
        /**
         * 读取分块内容
         */
        READ_CHUNKED_CONTENT,
        
        /**
         * 读取分块分隔符
         */
        READ_CHUNK_DELIMITER,
        
        /**
         * 读取分块脚注
         */
        READ_CHUNK_FOOTER,
        
        /**
         * 错误消息
         */
        BAD_MESSAGE,
        
        /**
         * 升级协议
         */
        UPGRADED
    }

//解码器相应实现
 @Override
    protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf buffer, List<Object> out) throws Exception {
        // 如果 resetRequested 为真
        if (resetRequested) {
            // 调用 resetNow() 方法
            resetNow();
        }

        switch (currentState) {
        case SKIP_CONTROL_CHARS:
            // 跳过控制字符
        case READ_INITIAL: try {
            // 解析缓冲区中的数据
            AppendableCharSequence line = lineParser.parse(buffer);
            if (line == null) {
                return;
            }
            // 拆分初始行
            String[] initialLine = splitInitialLine(line);
            if (initialLine.length < 3) {
                // 初始行无效 - 忽略
                currentState = State.SKIP_CONTROL_CHARS;
                return;
            }

            // 创建消息对象
            message = createMessage(initialLine);
            currentState = State.READ_HEADER;
            // 继续读取头部
        } catch (Exception e) {
            // 处理异常情况
            out.add(invalidMessage(buffer, e));
            return;
        }
        case READ_HEADER: try {
            State nextState = readHeaders(buffer);
            if (nextState == null) {
                return;
            }
            currentState = nextState;
            switch (nextState) {
            case SKIP_CONTROL_CHARS:
                // 快速路径
                // 无需期望任何内容
                out.add(message);
                out.add(LastHttpContent.EMPTY_LAST_CONTENT);
                resetNow();
                return;
            case READ_CHUNK_SIZE:
                if (!chunkedSupported) {
                    throw new IllegalArgumentException("不支持分块消息");
                }
                // 分块编码 - 首先生成HttpMessage。后续将跟随HttpChunks。
                out.add(message);
                return;
            default:
                /**
                 * <a href="https://tools.ietf.org/html/rfc7230#section-3.3.3">RFC 7230, 3.3.3</a> 规定，如果请求没有传输编码头或内容长度头，则消息体长度为0。
                 * 但是对于响应，body长度是在服务器关闭连接之前接收到的字节数目。因此我们将此情况视为可变长度的分块编码。
                 */
                long contentLength = contentLength();
                if (contentLength == 0 || contentLength == -1 && isDecodingRequest()) {
                    out.add(message);
                    out.add(LastHttpContent.EMPTY_LAST_CONTENT);
                    resetNow();
                    return;
                }

                assert nextState == State.READ_FIXED_LENGTH_CONTENT ||
                        nextState == State.READ_VARIABLE_LENGTH_CONTENT;

                out.add(message);

                if (nextState == State.READ_FIXED_LENGTH_CONTENT) {
                    // 随着READ_FIXED_LENGTH_CONTENT状态逐块读取数据，分块大小将减小。
                    chunkSize = contentLength;
                }

                // 在这里返回，这将强制再次调用解码方法，在那里我们将解码内容
                return;
            }
        } catch (Exception e) {
            out.add(invalidMessage(buffer, e));
            return;
        }
        case READ_VARIABLE_LENGTH_CONTENT: {
            // 一直读取数据直到连接结束。
            int toRead = Math.min(buffer.readableBytes(), maxChunkSize);
            if (toRead > 0) {
                // 从缓冲区中读取指定长度的数据，并以保留引用的形式分割成多个片段
                ByteBuf content = buffer.readRetainedSlice(toRead);
                out.add(new DefaultHttpContent(content));
            }
            return;
        }
        case READ_FIXED_LENGTH_CONTENT: {
            int readLimit = buffer.readableBytes();

            // 首先检查缓冲区是否可读，因为我们使用可读字节计数来创建HttpChunk。需要这样做，以防止创建包含空缓冲区的HttpChunk，从而被当作最后一个HttpChunk进行处理。
            // 参见：https://github.com/netty/netty/issues/433
            if (readLimit == 0) {
                return;
            }

            int toRead = Math.min(readLimit, maxChunkSize);
            if (toRead > chunkSize) {
                toRead = (int) chunkSize;
            }
            ByteBuf content = buffer.readRetainedSlice(toRead);
            chunkSize -= toRead;

            if (chunkSize == 0) {
                // 读取所有内容。
                out.add(new DefaultLastHttpContent(content, validateHeaders));
                resetNow();
            } else {
                out.add(new DefaultHttpContent(content));
            }
            return;
        }
        /**
         * 从这里开始处理读取分块的内容。基本上，读取分块大小，读取分块，忽略CRLF，然后重复直到分块大小为0
         */
        case READ_CHUNK_SIZE: try {
            AppendableCharSequence line = lineParser.parse(buffer);
            if (line == null) {
                return;
            }
            int chunkSize = getChunkSize(line.toString());
            this.chunkSize = chunkSize;
            if (chunkSize == 0) {
                currentState = State.READ_CHUNK_FOOTER;
                return;
            }
            currentState = State.READ_CHUNKED_CONTENT;
            // fall-through
        } catch (Exception e) {
            out.add(invalidChunk(buffer, e));
            return;
        }
        case READ_CHUNKED_CONTENT: {
            // 判断chunkSize是否小于等于Integer的最大值
            assert chunkSize <= Integer.MAX_VALUE;
            // 计算本次需要读取的字节数，取chunkSize和maxChunkSize中的较小值
            int toRead = Math.min((int) chunkSize, maxChunkSize);
            // 如果不允许部分chunk，且buffer中可读取的字节数小于toRead，则返回
            if (!allowPartialChunks && buffer.readableBytes() < toRead) {
                return;
            }
            // 如果buffer中可读取的字节数小于toRead，则将toRead更新为buffer中可读取的字节数
            toRead = Math.min(toRead, buffer.readableBytes());
            // 如果toRead为0，则返回
            if (toRead == 0) {
                return;
            }
            // 从buffer中获取长度为toRead的slice，并用其创建HttpContent对象
            HttpContent chunk = new DefaultHttpContent(buffer.readRetainedSlice(toRead));
            // 更新剩余的chunkSize
            chunkSize -= toRead;

            // 将chunk添加到out中

            // 如果chunkSize不为0，则返回
            if (chunkSize != 0) {
                return;
            }
            // 设置当前状态为READ_CHUNK_DELIMITER
            currentState = State.READ_CHUNK_DELIMITER;
            // 继续执行下一个case语句
            // fall-through
        }
        case READ_CHUNK_DELIMITER: {
            // 读取分隔符
            final int wIdx = buffer.writerIndex();
            int rIdx = buffer.readerIndex();
            while (wIdx > rIdx) {
                byte next = buffer.getByte(rIdx++);
                if (next == HttpConstants.LF) {
                    currentState = State.READ_CHUNK_SIZE;
                    break;
                }
            }
            buffer.readerIndex(rIdx);
            return;
        }
        case READ_CHUNK_FOOTER: {
            try {
                // 读取尾部的Http头部信息
                LastHttpContent trailer = readTrailingHeaders(buffer);
                if (trailer == null) {
                    return;
                }
                out.add(trailer);
                resetNow();
                return;
            } catch (Exception e) {
                // 发生异常时，将异常信息和当前buffer一起添加到输出channel
                out.add(invalidChunk(buffer, e));
                return;
            }
        }
        case BAD_MESSAGE: {
            // 直到断开连接为止，丢弃消息
            buffer.skipBytes(buffer.readableBytes());
            break;
        }
        case UPGRADED: {
            int readableBytes = buffer.readableBytes();
            if (readableBytes > 0) {
                // 读取可读字节数，如果大于0，则执行以下操作
                // 由于否则可能会触发一个DecoderException异常，其他处理器会在某个时刻替换此codec为升级的协议codec来接管流量。
                // 参见 https://github.com/netty/netty/issues/2173
                out.add(buffer.readBytes(readableBytes));
            }
            break;
        }
        default:
            break;
        }



}

自定义编解码

下面先实现一个Netty编码处理程序。

public class OrderProtocolEncoder extends MessageToMessageEncoder<ResponseMessage> {
    /**
     * 编码器类，用于将ResponseMessage对象编码为ByteBuf对象并添加到输出列表中
     */
    @Override
    protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, ResponseMessage responseMessage, List<Object> out) throws Exception {
        /**
         * 获取一个ByteBuf对象用于存储编码后的数据
         */
        ByteBuf buffer = ctx.alloc().buffer();
        /**
         * 对ResponseMessage对象进行编码，并将编码后的数据写入ByteBuf对象中
         */
        responseMessage.encode(buffer);
        /**
         * 将编码后的ByteBuf对象添加到输出列表中
         */
        out.add(buffer);
    }
}

接下来，再实现对应的Netty解码处理程序。

/**
 * 订单协议解码器
 */
public class OrderProtocolDecoder extends MessageToMessageDecoder<ByteBuf> {
    @Override
    protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf byteBuf, List<Object> out) throws Exception {
        // 创建一个请求消息对象
        RequestMessage requestMessage = new RequestMessage();
        // 对字节缓冲区进行解码，将解码后的消息填充到请求消息对象中
        requestMessage.decode(byteBuf);
        // 将请求消息对象添加到输出列表中
        out.add(requestMessage);
    }
}

最后，将这对编解码处理程序添加到处理程序流水线(pipeline)中就可以完成集成工作了。

这是我们第一次提及处理程序流水线这个概念。在这里，只需要将它理解成"一串”有序的处理程序集合并有一个初步印象即可，后续会详细介绍相关内容。

为了完成处理程序流水线的设置，还要构建ServerBootstrap这个“启动”对象。

        ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();  // 创建一个ServerBootstrap对象

        serverBootstrap.childHandler(new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {  // 为子通道设置ChannelInitializer处理器
            @Override
            protected void initChannel(NioSocketChannel ch) throws Exception {  // 初始化连接通道
                ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();  // 获取通道的编排器
                // 省略其他非核心代码
                pipeline.addLast("protocolDecoder", new OrderProtocolDecoder());  // 添加一个解码器到通道的最后
                pipeline.addLast("protocolEncoder", new OrderProtocolEncoder());  // 添加一个编码器到通道的最后
                // 省略其他非核心代码
            }
        });

常见疑问解析

为什么Netty自带的编解码方案很少有人使用

其中个很重要的因素就是历史原因，但实际上，除历史原因之外，更重要的原因在于Netty自带的编解码方案大多是具有封帧和解帧功能的编解码器，并且融两层编码于一体，因此从结构上看并不清晰。

另外，Netty自带的编解码方案在使用方式上不够灵活。

在进行序列化和反序列时，字段的顺序弄反了

我们在序列化对象的字段时，使用的顺序是a b c；但是，等到我们解析时，顺序可能不小心写成了 c b a，因此，我们一定要完全对照好顺序才行。

编解码的顺序问题

有时候，我们往往采用多层编解码。
例如，在得到可传输的字节流之后，我们可能想压缩一下以进一步减少所传输内容占用的空间。
此时，多级编解码就可以派上用场了：对于发送者，先编码后压缩；而对于接收者，先解压后解码。

但是，代码的添加顺序和我们想要的顺序不一定完全匹配。如果顺序错了，那么代码可能无法工作。

if (compressor != null) {
    pipeline.addLast("frameDecompressorn", new Frame.Decompressor(compressor));
    pipeline.addLast("frameCompressor", new Frame.Compressor(compressor));

    pipeline.addLast("messageDecoder", messageDecoder);
    pipeline.addLast("messageEncoder", messageEncoderFor(protocolversion));
}