写点什么

基于 -Kotlin-+-Netty- 实现一个简单的 -TCP- 自定义协议

  • 2021 年 11 月 07 日
  • 本文字数:3356 字

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abstract class Packet {


var magic:Int? = MAGIC_NUMBER // 魔数 var version:Byte = 1 // 版本号,当前协议的版本号为 1


abstract val serializeMethod:Byte // 序列化方式 abstract val command:Byte // Watcher 跟 App 相互通讯的指令}


有多少个指令就需要定义多少个 Packet,下面以心跳的 Packet 为例,定义一个 HeartBeatPacket:


data class HeartBeatPacket(var msg:String = "ping",override val serializeMethod: Byte = Serialize.JSON,override val command: Byte = Commands.HEART_BEAT) : Packet() {}


HeartBeatPacket 是由 TCP 客户端发起,由 TCP 服务端接收并返回给客户端。


每个 Packet 类都包含了该 Packet 所使用的序列化方式。


/**


  • 序列化方式的常量列表*/interface Serialize {


companion object {


const val JSON: Byte = 0}}


每个 Packet 也包含了其对应的 command。下面是 Commands 是指令集,支持 256 个指令。


/**


  • 指令集,支持从 -128 到 127 总共 256 个指令*/interface Commands {


companion object {


/**


  • 心跳包*/const val HEART_BEAT: Byte = 0


/**


  • 登录(App 需要告诉 Watcher :cameraPosition 的位置)*/const val LOGIN: Byte = 1


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......}}


由于使用自定义的协议,必须要有对报文的 encode、decode,PacketManager 负责这些事情。encode 时按照协议的结构进行组装报文,同理 decode 是其逆向的过程。


/**


  • 报文的管理类,对报文进行 encode、decode*/object PacketManager {


fun encode(packet: Packet):ByteBuf = encode(ByteBufAllocator.DEFAULT, packet)


fun encode(alloc:ByteBufAllocator, packet: Packet) = encode(alloc.ioBuffer(), packet)


fun encode(buf: ByteBuf, packet: Packet): ByteBuf {


val serializer = SerializerFactory.getSerializer(packet.serializeMethod)


val bytes: ByteArray = serializer.serialize(packet)


//组装报文:魔数(4 字节)+ 版本号(1 字节)+ 序列化方式(1 字节)+ 指令(1 字节)+ 数据长度(4 字节)+ 数据(N 字节)buf.writeInt(MAGIC_NUMBER)buf.writeByte(packet.version.toInt())buf.writeByte(packet.serializeMethod.toInt())buf.writeByte(packet.command.toInt())buf.writeInt(bytes.size)buf.writeBytes(bytes)


return buf}


fun decode(buf:ByteBuf): Packet {


buf.skipBytes(4) // 魔数由单独的 Handler 进行校验 buf.skipBytes(1)


val serializationMethod = buf.readByte()val serializer = SerializerFactory.getSerializer(serializationMethod)


val command = buf.readByte()val clazz = PacketFactory.getPacket(command)


val length = buf.readInt() // 数据的长度 val bytes = ByteArray(length) // 定义需要读取的字符数组 buf.readBytes(bytes)return serializer.deserialize(clazz, bytes)}


}

三. TCP 服务端

启动 TCP 服务的方法


fun execute() {boss = NioEventLoopGroup()worker = NioEventLoopGroup()val bootstrap = ServerBootstrap()bootstrap.group(boss, worker).channel(NioServerSocketChannel::class.java).option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 100).childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true).childOption(ChannelOption.SO_REUSEADDR, true).childOption(ChannelOption.TCP_NODELAY, true).childHandler(object : ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {


@Throws(Exception::class)override fun initChannel(nioSocketChannel: NioSocketChannel) {


val pipeline = nioSocketChannel.pipeline()pipeline.addLast(ServerIdleHandler())pipeline.addLast(MagicNumValidator())pipeline.addLast(PacketCodecHandler)pipeline.addLast(HeartBeatHandler)pipeline.addLast(ResponseHandler)}})


val future: ChannelFuture = bootstrap.bind(TCP_PORT)


future.addListener(object : ChannelFutureListener {


@Throws(Exception::class)override fun operationComplete(channelFuture: ChannelFuture) {if (channelFuture.isSuccess) {logInfo(logger, "TCP Server is starting...")} else {logError(logger,channelFuture.cause(),"TCP Server failed")}}})}


其中,ServerIdleHandler: 表示 5 分钟内没有收到心跳,则断开连接。


class ServerIdleHandler : IdleStateHandler(0, 0, HERT_BEAT_TIME) {


private val logger: Logger = LoggerFactory.getLogger(ServerIdleHandler::class.java)


@Throws(Exception::class)override fun channelIdle(ctx: ChannelHandlerContext, evt: IdleStateEvent) {logInfo(logger) {ctx.channel().close()"$HERT_BEAT_TIME 秒内没有收到心跳,则断开连接"}}


companion object {


private const val HERT_BEAT_TIME = 300}}


MagicNumValidator:用于 TCP 报文的魔数校验。


class MagicNumValidator : LengthFieldBasedFrameDecoder(Int.MAX_VALUE, LENGTH_FIELD_OFFSET, LENGTH_FIELD_LENGTH) {


private val logger: Logger = LoggerFactory.getLogger(this.javaClass)


@Throws(Exception::class)override fun decode(ctx: ChannelHandlerContext, in: ByteBuf): Any? {


if (in.getInt(in.readerIndex()) !== MAGIC_NUMBER) { // 魔数校验不通过,则关闭连接 logInfo(logger,"魔数校验失败")ctx.channel().close()return null}


return super.decode(ctx, in)}


companion object {private const val LENGTH_FIELD_OFFSET = 7private const val LENGTH_FIELD_LENGTH = 4}}


PacketCodecHandler: 解析报文的 Handler。


PacketCodecHandler 继承自 ByteToMessageCodec ,它是用来处理 byte-to-message 和 message-to-byte,便于解码字节消息成 POJO 或编码 POJO 消息成字节。


@ChannelHandler.Sharableobject PacketCodecHandler : MessageToMessageCodec<ByteBuf, Packet>() {


override fun encode(ctx: ChannelHandlerContext, msg: Packet, list: MutableList<Any>) {val byteBuf = ctx.channel().alloc().ioBuffer()PacketManager.encode(byteBuf, msg)list.add(byteBuf)}


override fun decode(ctx: ChannelHandlerContext, msg: ByteBuf, list: MutableList<Any>) {list.add(PacketManager.decode(msg));}


}


HeartBeatHandler:心跳的 Handler,接收 TCP 客户端发来的"ping",然后给客户端返回"pong"。


@ChannelHandler.Sharableobject HeartBeatHandler : SimpleChannelInboundHandler<HeartBeatPacket>(){


private val logger: Logger = LoggerFactory.getLogger(this.javaClass)


override fun channelRead0(ctx: ChannelHandlerContext, msg: HeartBeatPacket) {logInfo(logger,"收到心跳包:${GsonUtils.toJson(msg)}")


msg.msg = "pong" // 返回 pong 给到客户端 ctx.writeAndFlush(msg)}


}


ResponseHandler:通用的处理接收 TCP 客户端发来指令的 Handler,可以根据对应的指令去查询对应的 Handler 并处理其命令。


object ResponseHandler: SimpleChannelInboundHandler<Packet>() {


private val logger: Logger = LoggerFactory.getLogger(this.javaClass)private val handlerMap: ConcurrentHashMap<Byte, SimpleChannelInboundHandler<out Packet>> = ConcurrentHashMap()


init {handlerMap[LOGIN] = LoginHandler......


handlerMap[ERROR] = ErrorHandler}


override fun channelRead0(ctx: ChannelHandlerContext, msg: Packet) {logInfo(logger,"收到客户端的指令: ${msg.command}")


val handler: SimpleChannelInboundHandler<out Packet>? = handlerMap[msg.command]


handler?.let {logInfo(logger,"找到响应指令的 Handler: ${it.javaClass.simpleName}")it.channelRead(ctx, msg)} ?: logInfo(logger,"未找到响应指令的 Handler")}


@Throws(Exception::class)override fun channelInactive(ctx: ChannelHandlerContext) {val insocket = ctx.channel().remoteAddress() as InetSocketAddressval clientIP = insocket.address.hostAddressval clientPort = insocket.port


logError(logger,"客户端掉线: clientPort")super.channelInactive(ctx)}}

四. TCP 客户端

模拟一个客户端的实现

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