Netty原理與基礎（五）

1.Decoder原理

1.1什麼叫作Netty的解碼器呢？

首先，它是一個InBound入站處理器，解碼器負責處理“入站數據”。其次，它能將上一站Inbound入站處理器傳過來的輸入（Input）數據，進行數據的解碼或者格式轉換，然後輸出（Output）到下一站Inbound入站處理器。一個標準的解碼器將輸入類型爲ByteBuf緩衝區的數據進行解碼，輸出一個一個的Java POJO對象。Netty內置了這個解碼器，叫作ByteToMessageDecoder，位在Netty的io.netty.handler.codec包中。

ByteToMessageDecoder僅僅提供了一個流程性質的框架：它僅僅將子類的decode方法解碼之後的Object結果，放入自己內部的結果列表List<Object>中，最終，父類會負責將List<Object>中的元素，一個一個地傳遞給下一個站

1.2代碼示例

//解碼
public class Byte2IntegerDecoder extends ByteToMessageDecoder {
    @Override
    public void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in,
                       List<Object> out) {
        while (in.readableBytes() >= 4) {
            int i = in.readInt();
            Logger.info("解碼出一個整數: " + i);
            out.add(i);
        }
    }
}
//處理程序
public class IntegerProcessHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        Integer integer = (Integer) msg;
        Logger.info("打印出一個整數: " + integer);
    }
}
//測試類
public class Byte2IntegerDecoderTester {
    /**
     * 整數解碼器的使用實例
     */
    @Test
    public void testByteToIntegerDecoder() {
        ChannelInitializer i = new ChannelInitializer<EmbeddedChannel>() {
            protected void initChannel(EmbeddedChannel ch) {
                ch.pipeline().addLast(new Byte2IntegerDecoder());
                ch.pipeline().addLast(new IntegerProcessHandler());
            }
        };
        EmbeddedChannel channel = new EmbeddedChannel(i);

        for (int j = 0; j < 100; j++) {
            ByteBuf buf = Unpooled.buffer();
            buf.writeInt(j);
            channel.writeInbound(buf);
        }

        try {
            Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

ByteBuf緩衝區由誰負責進行引用計數和釋放管理

基類ByteToMessageDecoder負責解碼器的ByteBuf緩衝區的釋放工作，它會調用ReferenceCountUtil.release(in)方法，將之前的ByteBuf緩衝區的引用數減1。

1.3 ReplayingDecoder解碼器

ReplayingDecoder類是ByteToMessageDecoder的子類。其作用是：
· 在讀取ByteBuf緩衝區的數據之前，需要檢查緩衝區是否有足夠的字節。
· 若ByteBuf中有足夠的字節，則會正常讀取；反之，如果沒有足夠的字節，則會停止解碼。

ReplayingDecoder進行長度判斷的原理，其實很簡單：它的內部定義了一個新的二進制緩衝區類，對ByteBuf緩衝區進行了裝飾，這個類名爲ReplayingDecoderBuffer。該裝飾器的特點是：在緩衝區真正讀數據之前，首先進行長度的判斷：如果長度合格，則讀取數據；否則，拋出ReplayError。ReplayingDecoder捕獲到ReplayError後，會留着數據，等待下一次IO事件到來時再讀取。
ReplayingDecoder的作用，遠遠不止於進行長度判斷，它更重要的作用是用於分包傳輸的應用場景

1.4整數分包解碼器

底層通信協議是分包傳輸的，一份數據可能分幾次達到對端。發送端出去的包在傳輸過程中會進行多次的拆分和組裝。接收端所收到的包和發送端所發送的包不是一模一樣的

在Java OIO流式傳輸中，不會出現這樣的問題，因爲它的策略是：不讀到完整的信息，就一直阻塞程序，不向後執行。但是，在Java的NIO中，由於NIO的非阻塞性，就會出現上述情況

可以使用ReplayingDecoder來解決
要完成以上的例子，需要用到ReplayingDecoder一個很重要的屬性——state成員屬性。該成員屬性的作用就是保存當前解碼器在解碼過程中的當前階段

ReplayingDecoder源碼

    protected ReplayingDecoder() {
        this((Object)null);
    }

    protected ReplayingDecoder(S initialState) {
        this.replayable = new ReplayingDecoderByteBuf();
        this.checkpoint = -1;
        this.state = initialState;
    }

    protected void checkpoint() {
        this.checkpoint = this.internalBuffer().readerIndex();
    }

    protected void checkpoint(S state) {
        this.checkpoint();
        this.state(state);
    }

checkpoint（Status）方法有兩個作用
（1）設置state屬性的值，更新一下當前的狀態。
（2）還有一個非常大的作用，就是設置“讀斷點指針”。
（3）“讀斷點指針”是ReplayingDecoder類的另一個重要的成員，它保存着裝飾器內部ReplayingDecoderBuffer成員的起始讀指針，有點兒類似於mark標記。當讀數據時，一旦可讀數據不夠，ReplayingDecoderBuffer在拋出ReplayError異常之前，ReplayingDecoder會把讀指針的值還原到之前的checkpoint（IntegerAddDecoder.Status）方法設置的“讀斷點指針”（checkpoint）。於是乎，在ReplayingDecoder下一次讀取時，還會從之前設置的斷點位置開始。

1.5分包解碼器

在原理上，字符串分包解碼和整數分包解碼是一樣的。有所不同的是：整數的長度是固定的，目前在Java中是4個字節；而字符串的長度不是固定的，是可變長度的，這就是一個小小的難題

如何獲取字符串的長度信息呢？
（1）在協議的Head部分放置字符串的字節長度。Head部分可以用一個整型int來描述即可。
（2）在協議的Content部分，放置的則是字符串的字節數組。

public class StringReplayDecoder
        extends ReplayingDecoder<StringReplayDecoder.Status> {

    enum Status {
        PARSE_1, PARSE_2
    }

    private int length;
    private byte[] inBytes;

    public StringReplayDecoder() {
        //構造函數中，需要初始化父類的state 屬性，表示當前階段
        super(Status.PARSE_1);
    }

    @Override
    protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in,
                          List<Object> out) throws Exception {


        switch (state()) {
            case PARSE_1:
                //第一步，從裝飾器ByteBuf 中讀取長度
                length = in.readInt();
                inBytes = new byte[length];
                // 進入第二步，讀取內容
                // 並且設置“讀指針斷點”爲當前的讀取位置
                checkpoint(Status.PARSE_2);
                break;
            case PARSE_2:
                //第二步，從裝飾器ByteBuf 中讀取內容數組
                in.readBytes(inBytes, 0, length);
                out.add(new String(inBytes, "UTF-8"));
                // 第二步解析成功，
                // 進入第一步，讀取下一個字符串的長度
                // 並且設置“讀指針斷點”爲當前的讀取位置
                checkpoint(Status.PARSE_1);
                break;
            default:
                break;
        }

    }

public class StringProcessHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        String s = (String) msg;
        System.out.println("打印: " + s);
    }
}

public class StringReplayDecoderTester {
    static String content = "smallmartial：Netty知識學習";

    /**
     * 字符串解碼器的使用實例
     */
    @Test
    public void testStringReplayDecoder() {
        ChannelInitializer i = new ChannelInitializer<EmbeddedChannel>() {
            protected void initChannel(EmbeddedChannel ch) {
                ch.pipeline().addLast(new StringReplayDecoder());
                ch.pipeline().addLast(new StringProcessHandler());
            }
        };
        EmbeddedChannel channel = new EmbeddedChannel(i);
        byte[] bytes = content.getBytes(Charset.forName("utf-8"));
        for (int j = 0; j < 100; j++) {
            //1-3之間的隨機數
            int random = RandomUtil.randInMod(3);
            ByteBuf buf = Unpooled.buffer();
            buf.writeInt(bytes.length * random);
            for (int k = 0; k < random; k++) {
                buf.writeBytes(bytes);
            }
            channel.writeInbound(buf);
        }
        try {
            Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

ReplayingDecoder解碼器不足
（1）不是所有的ByteBuf操作都被ReplayingDecoderBuffer裝飾類所支持，可能有些ByteBuf操作在ReplayingDecoder子類的decode實現方法中被使用時就會拋出ReplayError異常。
（2）在數據解析邏輯複雜的應用場景，ReplayingDecoder在解析速度上相對較差。

1.6MessageToMessageDecoder解碼器

MessageToMessageDecoder<I>。在繼承它的時候，需要明確的泛型實參<I>。這個實參的作用就是指定入站消息JavaPOJO類型。

Netty原理與基礎（五）

1.Decoder原理

1.1什麼叫作Netty的解碼器呢？

1.2代碼示例

1.3 ReplayingDecoder解碼器

1.4整數分包解碼器

1.5分包解碼器

1.6MessageToMessageDecoder解碼器

Netty原理與基礎（一） 1.簡介 2.Netty目標 3.創建第一個Netty項目 4.Reactor反應器模式

Netty原理與基礎（五）

Netty原理與基礎（四）

Netty原理與基礎（三）

Netty原理與基礎（二）

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