Netty、MINA、Twisted一起学系列05：整合protobuf
文章已获得作者授权，原文地址：xxgblog.com/2014/08/27/mina-netty-twisted-5
创新互联公司始终坚持【策划先行，效果至上】的经营理念，通过多达十余年累计超上千家客户的网站建设总结了一套系统有效的全网营销推广解决方案，现已广泛运用于各行各业的客户，其中包括：餐厅设计等企业，备受客户认可。
protobuf 是谷歌的 Protocol Buffers 的简称，用于结构化数据和字节码之间互相转换（序列化、反序列化），一般应用于网络传输，可支持多种编程语言。
protobuf 如何使用这里不再介绍，本文主要介绍在 MINA、Netty、Twisted 中如何使用 protobuf。
在前一篇文章（Netty、MINA、Twisted一起学系列04：定制自己的协议）中，有介绍到一种用一个固定为4字节的前缀Header来指定Body的字节数的一种消息分割方式，在这里同样要使用到。只是其中 Body 的内容不再是字符串，而是 protobuf 字节码。
在处理业务逻辑时，肯定不希望还要对数据进行序列化和反序列化，而是希望直接操作一个对象，那么就需要有相应的编码器和解码器，将序列化和反序列化的逻辑写在编码器和解码器中。有关编码器和解码器的实现，上一篇文章中有介绍。
Netty 包中已经自带针对 protobuf 的编码器和解码器，那么就不用再自己去实现了。而 MINA、Twisted 还需要自己去实现 protobuf 的编码器和解码器。
这里定义一个protobuf数据结构，用于描述一个学生的信息，保存为StudentMsg.proto文件：
message Student {
// ID
required int32 id = 1;
// 姓名
required string name = 2;
// email
optional string email = 3;
// 朋友
repeated string friends = 4;
}用 StudentMsg.proto 分别生成 Java 和 Python 代码，将代码加入到相应的项目中。生成的代码就不再贴上来了。下面分别介绍在 Netty、MINA、Twisted 如何使用 protobuf 来传输 Student 信息。
1 Netty
Netty 自带 protobuf 的编码器和解码器，分别是 ProtobufEncoder 和 ProtobufDecoder。需要注意的是，ProtobufEncoder 和 ProtobufDecoder 只负责 protobuf 的序列化和反序列化，而处理消息 Header 前缀和消息分割的还需要 LengthFieldBasedFrameDecoder 和 LengthFieldPrepender。LengthFieldBasedFrameDecoder 即用于解析消息 Header 前缀，根据 Header 中指定的 Body 字节数截取 Body，LengthFieldPrepender 用于在wirte消息时在消息前面添加一个 Header 前缀来指定 Body 字节数。
public class TcpServer{
public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
try {
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
b.group(bossGroup, workerGroup)
.channel(NioServerSocketChannel.class)
.childHandler(new ChannelInitializer() {
@Override
public void initChannel(SocketChannel ch)
throws Exception{
ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
// 负责通过4字节Header指定的Body长度将消息切割
pipeline.addLast("frameDecoder",
new LengthFieldBasedFrameDecoder(1048576, 0, 4, 0, 4));
// 负责将frameDecoder处理后的完整的一条消息的protobuf字节码转成Student对象
pipeline.addLast("protobufDecoder",
new ProtobufDecoder(StudentMsg.Student.getDefaultInstance()));
// 负责将写入的字节码加上4字节Header前缀来指定Body长度
pipeline.addLast("frameEncoder", new LengthFieldPrepender(4));
// 负责将Student对象转成protobuf字节码
pipeline.addLast("protobufEncoder", new ProtobufEncoder());
pipeline.addLast(new TcpServerHandler());
}
});
ChannelFuture f = b.bind(8080).sync();
f.channel().closeFuture().sync();
} finally {
workerGroup.shutdownGracefully();
bossGroup.shutdownGracefully();
}
}
} 处理事件时，接收和发送的参数直接就是Student对象。
public class TcpServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter{
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg){
// 读取客户端传过来的Student对象
StudentMsg.Student student = (StudentMsg.Student) msg;
System.out.println("ID:" + student.getId());
System.out.println("Name:" + student.getName());
System.out.println("Email:" + student.getEmail());
System.out.println("Friends:");
List friends = student.getFriendsList();
for(String friend : friends) {
System.out.println(friend);
}
// 新建一个Student对象传到客户端
StudentMsg.Student.Builder builder = StudentMsg.Student.newBuilder();
builder.setId(9);
builder.setName("服务器");
builder.setEmail("123@abc.com");
builder.addFriends("X");
builder.addFriends("Y");
StudentMsg.Student student2 = builder.build();
ctx.writeAndFlush(student2);
}
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause){
cause.printStackTrace();
ctx.close();
}
} 2. MINA
在 MINA 中没有针对 protobuf 的编码器和解码器，但是可以自己实现一个功能和 Netty 一样的编码器和解码器。
编码器：
public class MinaProtobufEncoder extends ProtocolEncoderAdapter{
@Override
public void encode(IoSession session, Object message,
ProtocolEncoderOutput out) throws Exception{
StudentMsg.Student student = (StudentMsg.Student) message;
byte[] bytes = student.toByteArray(); // Student对象转为protobuf字节码
int length = bytes.length;
IoBuffer buffer = IoBuffer.allocate(length + 4);
buffer.putInt(length); // write header
buffer.put(bytes); // write body
buffer.flip();
out.write(buffer);
}
}解码器：
public class MinaProtobufDecoder extends CumulativeProtocolDecoder{
@Override
protected boolean doDecode(IoSession session, IoBuffer in,
ProtocolDecoderOutput out) throws Exception{
// 如果没有接收完Header部分（4字节），直接返回false
if (in.remaining() < 4) {
return false;
} else {
// 标记开始位置，如果一条消息没传输完成则返回到这个位置
in.mark();
// 读取header部分，获取body长度
int bodyLength = in.getInt();
// 如果body没有接收完整，直接返回false
if (in.remaining() < bodyLength) {
in.reset(); // IoBuffer position回到原来标记的地方
return false;
} else {
byte[] bodyBytes = new byte[bodyLength];
in.get(bodyBytes); // 读取body部分
StudentMsg.Student student = StudentMsg.Student.parseFrom(bodyBytes); // 将body中protobuf字节码转成Student对象
out.write(student); // 解析出一条消息
return true;
}
}
}
}MINA 服务器加入 protobuf 的编码器和解码器：
public class TcpServer{
public static void main(String[] args) throws IOException{
IoAcceptor acceptor = new NioSocketAcceptor();
// 指定protobuf的编码器和解码器
acceptor.getFilterChain().addLast("codec",
new ProtocolCodecFilter(new MinaProtobufEncoder(), new MinaProtobufDecoder()));
acceptor.setHandler(new TcpServerHandle());
acceptor.bind(new InetSocketAddress(8080));
}
}这样，在处理业务逻辑时，就和Netty一样了：
public class TcpServerHandle extends IoHandlerAdapter{
@Override
public void exceptionCaught(IoSession session, Throwable cause)
throws Exception{
cause.printStackTrace();
}
@Override
public void messageReceived(IoSession session, Object message)
throws Exception{
// 读取客户端传过来的Student对象
StudentMsg.Student student = (StudentMsg.Student) message;
System.out.println("ID:" + student.getId());
System.out.println("Name:" + student.getName());
System.out.println("Email:" + student.getEmail());
System.out.println("Friends:");
List friends = student.getFriendsList();
for(String friend : friends) {
System.out.println(friend);
}
// 新建一个Student对象传到客户端
StudentMsg.Student.Builder builder = StudentMsg.Student.newBuilder();
builder.setId(9);
builder.setName("服务器");
builder.setEmail("123@abc.com");
builder.addFriends("X");
builder.addFriends("Y");
StudentMsg.Student student2 = builder.build();
session.write(student2);
}
} 3. Twisted
在 Twisted 中，首先定义一个 ProtobufProtocol 类，继承 Protocol 类，充当编码器和解码器。处理业务逻辑的 TcpServerHandle 类再继承 ProtobufProtocol 类，调用或重写 ProtobufProtocol 提供的方法。
# -*- coding:utf-8 –*-
from struct import pack, unpack
from twisted.internet.protocol import Factory
from twisted.internet.protocol import Protocol
from twisted.internet import reactor
import StudentMsg_pb2
# protobuf编码、解码器
class ProtobufProtocol(Protocol):
# 用于暂时存放接收到的数据
_buffer = b""
def dataReceived(self, data):
# 上次未处理的数据加上本次接收到的数据
self._buffer = self._buffer + data
# 一直循环直到新的消息没有接收完整
while True:
# 如果header接收完整
if len(self._buffer) >= 4:
# header部分，按大字节序转int，获取body长度
length, = unpack(">I", self._buffer[0:4])
# 如果body接收完整
if len(self._buffer) >= 4 + length:
# body部分，protobuf字节码
packet = self._buffer[4:4 + length]
# protobuf字节码转成Student对象
student = StudentMsg_pb2.Student()
student.ParseFromString(packet)
# 调用protobufReceived传入Student对象
self.protobufReceived(student)
# 去掉_buffer中已经处理的消息部分
self._buffer = self._buffer[4 + length:]
else:
break;
else:
break;
def protobufReceived(self, student):
raise NotImplementedError
def sendProtobuf(self, student):
# Student对象转为protobuf字节码
data = student.SerializeToString()
# 添加Header前缀指定protobuf字节码长度
self.transport.write(pack(">I", len(data)) + data)
# 逻辑代码
class TcpServerHandle(ProtobufProtocol):
# 实现ProtobufProtocol提供的protobufReceived
def protobufReceived(self, student):
# 将接收到的Student输出
print 'ID:' + str(student.id)
print 'Name:' + student.name
print 'Email:' + student.email
print 'Friends:'
for friend in student.friends:
print friend
# 创建一个Student并发送给客户端
student2 = StudentMsg_pb2.Student()
student2.id = 9
student2.name = '服务器'.decode('UTF-8') # 中文需要转成UTF-8字符串
student2.email = '123@abc.com'
student2.friends.append('X')
student2.friends.append('Y')
self.sendProtobuf(student2)
factory = Factory()
factory.protocol = TcpServerHandle
reactor.listenTCP(8080, factory)
reactor.run()下面是Java编写的一个客户端测试程序：
public class TcpClient{
public static void main(String[] args) throws IOException{
Socket socket = null;
DataOutputStream out = null;
DataInputStream in = null;
try {
socket = new Socket("localhost", 8080);
out = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
in = new DataInputStream(socket.getInputStream());
// 创建一个Student传给服务器
StudentMsg.Student.Builder builder = StudentMsg.Student.newBuilder();
builder.setId(1);
builder.setName("客户端");
builder.setEmail("xxg@163.com");
builder.addFriends("A");
builder.addFriends("B");
StudentMsg.Student student = builder.build();
byte[] outputBytes = student.toByteArray(); // Student转成字节码
out.writeInt(outputBytes.length); // write header
out.write(outputBytes); // write body
out.flush();
// 获取服务器传过来的Student
int bodyLength = in.readInt(); // read header
byte[] bodyBytes = new byte[bodyLength];
in.readFully(bodyBytes); // read body
StudentMsg.Student student2 = StudentMsg.Student.parseFrom(bodyBytes); // body字节码解析成Student
System.out.println("Header:" + bodyLength);
System.out.println("Body:");
System.out.println("ID:" + student2.getId());
System.out.println("Name:" + student2.getName());
System.out.println("Email:" + student2.getEmail());
System.out.println("Friends:");
List friends = student2.getFriendsList();
for(String friend : friends) {
System.out.println(friend);
}
} finally {
// 关闭连接
in.close();
out.close();
socket.close();
}
}
} 用客户端分别测试上面三个TCP服务器：
服务器输出：
ID:1
Name:客户端
Email:xxg@163.com
Friends:
A
B
客户端输出：
Header:32
Body:
ID:9
Name:服务器
Email:123@abc.com
Friends:
X
Y
本文标题：Netty、MINA、Twisted一起学系列05：整合protobuf
当前路径：http://azwzsj.com/article/gcddeg.html
