用Java的New IO開發網絡協議

2019-11-18 15:45:59

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供稿：網友

　　最近用java的New IO開發了一套簡單的網絡協議，在這里我把開發中的一些心得整理一下，總結出一套簡單的可以重用的網絡協議開發框架，希望能夠給初學者一點幫助。

　　網絡協議基本的通訊單位是一個一個的消息包。在用socket傳輸這些包的時，首先要解決的一個問題是如何解決包與包之間的邊界問題。socket傳輸的是流，一個send中發出的消息，在對方不一定在一個recv中收到，可能要多次recv，或者一個recv收到多個send中放出的包。所以必須由應用層協議自己來解決包的定界問題。通常有兩種方法，一種是每個包以一個非凡的字符或者字符串來結束，如http協議就是以兩個'/n'作為一個消息的結束標記；另一種方法就是，所有的消息都有一個固定長度的消息頭，在消息頭中指出這條消息的長度。我們的協議是采用第二種方法，這也是大部分協議采用的方法。本文提出的框架也是解決這種協議方式的。

　　Java的New IO是在J2SE1.4引入的，主要引入了Buffer這樣的概念，發送接受數據都是在Buffer上進行，而對于初學者，Buffer的操作是比較復雜的，輕易出錯。所以在這個框架中盡可能的把對于Buffer的操作封裝起來。

　　框架主要有MessageHeader, Message, MessageFactory三個接口，兩個類MessageChannel, BufferUtil，以及一個異常類MessageFormatException構成。下面說明這幾個接口和類的功能。

　　1. MessageHeader接口

　　在這樣一套網絡協議中，總是有一個固定長度的消息頭，不同的協議有不同的消息頭，但是幾乎所有的消息頭都定義了本消息的長度和本消息的類型。類型用于識別不同的消息包。類型相同的包，格式都是一樣的，可以用同一個Java的class來表達。類型不同的包，格式可能相同也可能不同，依靠于協議。接口定義如下：

public interface MessageHeader {
/**
* 返回消息類型
*/
int getMessageType();

/**
* 返回消息長度
*/
int getMessageLength();

/**
* 從Buffer中提取消息頭
*/
void buildFromBuffer(ByteBuffer buffer);

/**
* 把消息頭放到Buffer中
*/
void appendToBuffer(ByteBuffer buffer);

}
　　2. Message接口

　　Message代表一個消息包。每個消息包有一個消息頭。其定義如下：

public interface Message {
/**
* 設置消息頭，在MessageChannel.receive中調用
*/
void setHeader(MessageHeader header);

/**
* 返回消息頭
*/
MessageHeader getHeader();

/**
* 從Buffer中取出消息體
*/
void buildBodyFromBuffer(ByteBuffer buffer);

/**
* 把消息體放到Buffer中
*/
void appendBodyToBuffer(ByteBuffer buffer);
}

　　3. MessageFactory接口

　　這個接口封裝了所有真正的用于表達消息的類的創建，在MessageChannel的receive中調用。這里用了抽象工廠模式。其定義如下：

public interface MessageFactory {
/**
* 返回消息頭的字節數
*/
int getMessageHeaderLength();

/**
* 創建一個消息頭對象
*/
MessageHeader createMessageHeader();

/**
* 創建一個消息對象
* @param type 消息類型，從消息頭中取得
*/
Message createMessage(int type);
}
　　4. MessageChannel類

　　主要功能都在這個類中，用于發送和接收消息，并封裝了所有對于Buffer的操作。

class MessageChannel {
/**
* 構造方法，要求指明發送緩沖區和接收緩沖區的大小
*/
public MessageChannel(int receiveBufferSize,
int sendBufferSize,
SocketChannel sc,
MessageFactory mf);
/**
* 接收一條消息，當消息不完整、收到的消息長度太大（超過接收緩沖區大小）或者不能通過MessageFactory創建的消息類型時時拋出MessageFormatException。
*/
public Message receive() throws IOException, MessageFormatException;

/**
* 發送一條消息
*/
public void send(Message message) throws IOException;

}
　　5. BufferUtil類

　　這是一個Utility類，主要功能是從ByteBuffer中取得或者放入一個字符串String，不同的協議有不同的字符串處理方法。

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