netty系列之:自定義編碼和解碼器要注意的問題

簡介

在之前的系列文章中，我們提到了netty中的channel隻接受ByteBuf類型的對象，如果不是ByteBuf對象的話，需要用編碼和解碼器對其進行轉換，今天來聊一下netty自定義的編碼和解碼器實作中需要注意的問題。

自定義編碼器和解碼器的實作

在介紹netty自帶的編碼器和解碼器之前，告訴大家怎麼實作自定義的編碼器和解碼器。

netty中所有的編碼器和解碼器都是從ChannelInboundHandlerAdapter和ChannelOutboundHandlerAdapter衍生而來的。

對于ChannelOutboundHandlerAdapter來說，最重要的兩個類是MessageToByteEncoder 和 MessageToMessageEncoder 。

MessageToByteEncoder是将消息編碼成為ByteBuf，這個類也是我們自定義編碼最常用的類，直接繼承這個類并實作encode方法即可。注意到這個類有一個泛型，這個泛型指定的就是消息的對象類型。

例如我們想将Integer轉換成為ByteBuf，可以這樣寫：

public class IntegerEncoder extends MessageToByteEncoder<Integer> {
            @Override
           public void encode(ChannelHandlerContext ctx, Integer msg, ByteBuf out)
                   throws Exception {
               out.writeInt(msg);
           }
       }      

MessageToMessageEncoder是在消息和消息之間進行轉換，因為消息并不能直接寫入到channel中，是以需要和MessageToByteEncoder配合使用。

下面是一個Integer到String的例子：

public class IntegerToStringEncoder extends
               MessageToMessageEncoder<Integer> {
            @Override
           public void encode(ChannelHandlerContext ctx, Integer message, List<Object> out)
                   throws Exception {
               out.add(message.toString());
           }
       }      

對于ChannelInboundHandlerAdapter來說，最重要的兩個類是ByteToMessageDecoder和MessageToMessageDecoder 。

ByteToMessageDecoder是将ByteBuf轉換成對應的消息類型，我們需要繼承這個類，并實作decode方法，下面是一個從ByteBuf中讀取所有可讀的位元組，并将結果放到一個新的ByteBuf中，

public class SquareDecoder extends ByteToMessageDecoder {
            @Override
           public void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List<Object> out)
                   throws Exception {
               out.add(in.readBytes(in.readableBytes()));
           }
       }      

MessageToMessageDecoder是消息和消息之間的轉換，同樣的隻需要實作decode方法即可，如下從String轉換到Integer：

public class StringToIntegerDecoder extends
               MessageToMessageDecoder<String> {
            @Override
           public void decode(ChannelHandlerContext ctx, String message,
                              List<Object> out) throws Exception {
               out.add(message.length());
           }
       }      

ReplayingDecoder

上面的代碼看起來很簡單，但是在實作的過程中還有一些問題要注意。

對于Decoder來說，我們從ByteBuf中讀取資料，然後進行轉換。但是在讀取的過程中，并不知道ByteBuf中資料的變動情況，有可能在讀取的過程中ByteBuf還沒有準備好，那麼就需要在讀取的時候對ByteBuf中可讀位元組的大小進行判斷。

比如我們需要解析一個資料結構，這個資料結構的前4個位元組是一個int，表示後面byte數組的長度，我們需要先判斷ByteBuf中是否有4個位元組，然後讀取這4個位元組作為Byte數組的長度，然後再讀取這個長度的Byte數組，最終得到要讀取的結果，如果其中的某一步出現問題，或者說可讀的位元組長度不夠，那麼就需要直接傳回，等待下一次的讀取。如下所示：

public class IntegerHeaderFrameDecoder extends ByteToMessageDecoder {
      @Override
     protected void decode(ChannelHandlerContext ctx,
                             ByteBuf buf, List<Object> out) throws Exception {
       if (buf.readableBytes() < 4) {
          return;
       }
       buf.markReaderIndex();
       int length = buf.readInt();
       if (buf.readableBytes() < length) {
          buf.resetReaderIndex();
          return;
       }
       out.add(buf.readBytes(length));
     }
   }      

這種判斷是比較複雜同時也是可能出錯的，為了解決這個問題，netty提供了 ReplayingDecoder用來簡化上面的操作，在ReplayingDecoder中，假設所有的ByteBuf已經處于準備好的狀态，直接從中間讀取即可。

上面的例子用ReplayingDecoder重寫如下：

public class IntegerHeaderFrameDecoder
        extends ReplayingDecoder<Void> {
     protected void decode(ChannelHandlerContext ctx,
                             ByteBuf buf, List<Object> out) throws Exception {
       out.add(buf.readBytes(buf.readInt()));
     }
   }      

它的實作原理是去嘗試讀取對應的位元組資訊，如果沒有讀到，則抛出異常，ReplayingDecoder接收到異常之後，會重新調用decode方法。

雖然ReplayingDecoder使用起來非常簡單，但是它有兩個問題。

第一個問題是性能問題，因為會去重複調用decode方法，如果ByteBuf本身并沒有變化，就會導緻重複decode同一個ByteBuf，照成性能的浪費。解決這個問題就是在在decode的過程中分階段進行，比如上面的例子中，我們需要先讀取Byte數組的長度，然後再讀取真正的byte數組。是以在讀完byte數組長度之和，可以調用checkpoint()方法做一個儲存點，下次再執行decode方法的時候就可以跳過這個儲存點，繼續後續的執行過程，如下所示：

public enum MyDecoderState {
     READ_LENGTH,
     READ_CONTENT;
   }
   public class IntegerHeaderFrameDecoder
        extends ReplayingDecoder<MyDecoderState> {
     private int length;
     public IntegerHeaderFrameDecoder() {
       // Set the initial state.
       super(MyDecoderState.READ_LENGTH);
     }
      @Override
     protected void decode(ChannelHandlerContext ctx,
                             ByteBuf buf, List<Object> out) throws Exception {
       switch (state()) {
       case READ_LENGTH:
         length = buf.readInt();
         checkpoint(MyDecoderState.READ_CONTENT);
       case READ_CONTENT:
         ByteBuf frame = buf.readBytes(length);
         checkpoint(MyDecoderState.READ_LENGTH);
         out.add(frame);
         break;
       default:
         throw new Error("Shouldn't reach here.");
       }
     }
   }      

第二個問題是同一個執行個體的decode方法可能會被調用多次，如果我們在ReplayingDecoder中有私有變量的話，則需要考慮對這個私有變量的清洗工作，避免多次調用造成的資料污染。

總結

通過繼承上面的幾個類，我們就可以自己實作編碼和解碼的邏輯了。但是好像還有點問題，自定義編碼和解碼器是不是太複雜了？還需要判斷要讀取的byte數組的大小。有沒有更加簡單的方法呢？

有的，敬請期待netty系列的下一篇文章:netty自帶的編碼器和解碼器.

本文的例子可以參考：

learn-netty4

本文已收錄于 http://www.flydean.com/14-netty-cust-codec/

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