Spring Boot与Netty打造TCP服务端(解决粘包问题)

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Spring Boot与Netty打造TCP服务端

- 前言
- 功能目标
- 项目实现
- - maven坐标
  - 构建自定义Handler
  - ChannelInitializer实现
  - server实现

前言

在物联网时代，设备之间的通信变得愈发重要。本文将带你踏上一场关于如何用Spring Boot和Netty搭建TCP服务端的冒险之旅。无论是智能家居、工业自动化还是其他物联网应用，构建一个稳健的通信桥梁将成为连接未来的关键。

功能目标

实现springboot+netty整合TCP服务端（基础）
实现消息回复功能
实现消息太长导致的粘包问题(比如发送一个base64的图片信息)
实现在自定义Handler中注入spring的bean
保证完成任务，哈哈哈哈哈

项目实现

maven坐标

<!-- netty 这里你也可以引入全部-->
<dependency>
  <groupId>io.netty</groupId>
  <artifactId>netty-common</artifactId>
  <version>4.1.79.Final</version>
</dependency>

构建自定义Handler

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import io.netty.util.CharsetUtil;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;

/**
 * I/O数据读写处理类
 *
 * @author xiaobo
 */
@Slf4j
public class CarTcpNettyChannelInboundHandlerAdapter extends ChannelInboundHandlerAdapter {


    /**
     * 从客户端收到新的数据时，这个方法会在收到消息时被调用
     *
     * @param ctx
     * @param msg
     */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception, IOException {
        // 这里是在前面的DelimiterBasedFrameDecoder转为了ByteBuf，验证是否是ByteBuf
        if (msg instanceof ByteBuf) {
            ByteBuf byteBuf = (ByteBuf) msg;
            try {
                String receivedData = byteBuf.toString(CharsetUtil.UTF_8);
                // 接收完整数据
                handleReceivedData(receivedData);
            } finally {
                // 释放 ByteBuf 占用的资源
                byteBuf.release();
                // 回复消息
                ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("收到over", CharsetUtil.UTF_8));
            }
        }
    }

    private void handleReceivedData(String receivedData) {
        // 数据处理
        // 这里如果想实现spring中bean的注入，可以用geBean的方式获取
    }

    /**
     * 从客户端收到新的数据、读取完成时调用
     *
     * @param ctx
     */
    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws IOException {
        log.info("channelReadComplete");
        ctx.flush();
    }

    /**
     * 当出现 Throwable 对象才会被调用，即当 Netty 由于 IO 错误或者处理器在处理事件时抛出的异常时
     *
     * @param ctx
     * @param cause
     */
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws IOException {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();// 抛出异常，断开与客户端的连接
    }

    /**
     * 客户端与服务端第一次建立连接时 执行
     *
     * @param ctx
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception, IOException {
        super.channelActive(ctx);
        ctx.channel().read();
        InetSocketAddress socket = (InetSocketAddress) ctx.channel().remoteAddress();
        String clientIp = socket.getAddress().getHostAddress();
        // 此处不能使用ctx.close()，否则客户端始终无法与服务端建立连接
        System.out.println("channelActive:" + clientIp + ctx.name());
      	// 这里是向客户端发送回应
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("收到over", CharsetUtil.UTF_8));
    }

    /**
     * 客户端与服务端 断连时 执行
     *
     * @param ctx
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception, IOException {
        super.channelInactive(ctx);
        InetSocketAddress socket = (InetSocketAddress) ctx.channel().remoteAddress();
        String clientIp = socket.getAddress().getHostAddress();
        // 断开连接时，必须关闭，否则造成资源浪费，并发量很大情况下可能造成宕机
        ctx.close();
        log.info("channelInactive:{}", clientIp);
    }

    /**
     * 服务端当read超时, 会调用这个方法
     *
     * @param ctx
     * @param evt
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) throws Exception, IOException {
        super.userEventTriggered(ctx, evt);
        InetSocketAddress socket = (InetSocketAddress) ctx.channel().remoteAddress();
        String clientIp = socket.getAddress().getHostAddress();
        ctx.close();// 超时时断开连接
        log.info("userEventTriggered:" + clientIp);
    }

    @Override
    public void channelRegistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        log.info("channelRegistered");
    }

    @Override
    public void channelUnregistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        log.info("channelUnregistered");
    }

    @Override
    public void channelWritabilityChanged(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        log.info("channelWritabilityChanged");
    }

}

ChannelInitializer实现

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.Channel;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.handler.codec.DelimiterBasedFrameDecoder;

/**
 * description: <h1>通道初始化</h1>
 *
 * @author bo
 * @version 1.0
 * @date 2024/2/27 16:13
 */
public class CarTcpNettyChannelInitializer<SocketChannel> extends ChannelInitializer<Channel> {

    @Override
    protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {

        ByteBuf delemiter = Unpooled.buffer();
        delemiter.writeBytes("$".getBytes());
        // 这里就是解决数据过长问题，而且数据是以$结尾的
        ch.pipeline().addLast(new DelimiterBasedFrameDecoder(907200, true, true, delemiter));

        // 自定义ChannelInboundHandlerAdapter
        ch.pipeline().addLast(new CarTcpNettyChannelInboundHandlerAdapter());

    }

}

server实现

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.AdaptiveRecvByteBufAllocator;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

/**
 * description: <h1>netty创建的TCP</h1>
 *
 * @author bo
 * @version 1.0
 * @date 2024/2/27 16:25
 */
@Slf4j
public class CarTcpNettyServer {

    public void bind(int port) throws Exception {

        // 配置服务端的NIO线程组
        // NioEventLoopGroup 是用来处理I/O操作的Reactor线程组
        // bossGroup：用来接收进来的连接，workerGroup：用来处理已经被接收的连接,进行socketChannel的网络读写，
        // bossGroup接收到连接后就会把连接信息注册到workerGroup
        // workerGroup的EventLoopGroup默认的线程数是CPU核数的二倍

        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();

        try {
            ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
            serverBootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    // netty 默认数据包传输大小为1024字节, 设置它可以自动调整下一次缓冲区建立时分配的空间大小，避免内存的浪费    最小  初始化  最大 (根据生产环境实际情况来定)
                    // 使用对象池，重用缓冲区
                    .option(ChannelOption.RCVBUF_ALLOCATOR, new AdaptiveRecvByteBufAllocator(64, 10496, 1048576))
                    .childOption(ChannelOption.RCVBUF_ALLOCATOR, new AdaptiveRecvByteBufAllocator(64, 10496, 1048576))
                    // 设置 I/O处理类,主要用于网络I/O事件，记录日志，编码、解码消息
                    .childHandler(new CarTcpNettyChannelInitializer<SocketChannel>());
            log.info("<===========netty server start success!==============>");
            // 绑定端口，同步等待成功
            ChannelFuture f = serverBootstrap.bind(port).sync();
            // 等待服务器监听端口关闭
            f.channel().closeFuture().sync();

        } finally {
            // 退出，释放线程池资源
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }

    }
}