netty4+protobuf3最佳实践

本文要点：

1. netty4+protobuf3多类型传输实现
2. 优雅的实现消息分发

做后台服务经常有这样的流程:

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如何优雅的完成这个过程呢？下面分享下基于netty+protobuf的方案:

首先要解决的是如何在netty+protobuf中传输多个protobuf协议，这里采取的方案是使用一个类来做为描述协议的方案，也就是需要二次解码的方案，IDL文件如下:

syntax = "proto3";
option java_package = "com.nonpool.proto";
option java_multiple_files = true;

message Frame {
   string messageName = 1;
   
   bytes payload = 15;
}

message TextMessage {
   string  text = 1;
}

Frame为描述协议，所有消息在发送的时候都序列化成byte数组写入Frame的payload，messageName约定为要发送的message的类名，生成的时候设置java_multiple_files = true可以让类分开生成，更清晰些,也更方便后面利用反射来获取这些类.

生成好了protobuf，我们解包的过程就应该是这样的:

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其中protobuf的序列化和反序列化netty已经为我们编写好了对应的解码/编码器，直接调用即可,我们只需要编写二次解码/编码器即可:

public class SecondProtobufCodec extends MessageToMessageCodec<Frame, MessageLite> {

    @Override
    protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, MessageLite msg, List<Object> out) throws Exception {
    
        out.add(Frame.newBuilder()
                .setMessageType(msg.getClass().getSimpleName())
                .setPayload(msg.toByteString())
                .build());
    }

    @Override
    protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, Frame msg, List<Object> out) throws Exception {
        out.add(ParseFromUtil.parse(msg));
    }

}

public abstract class ParseFromUtil {

    private final static ConcurrentMap<String, Method> methodCache = new ConcurrentHashMap<>();

    static {
        //找到指定包下所有protobuf实体类
        List<Class> classes = ClassUtil.getAllClassBySubClass(MessageLite.class, true, "com.nonpool.proto");
        classes.stream()
                .filter(protoClass -> !Objects.equals(protoClass, Frame.class))
                .forEach(protoClass -> {
                    try {
                        //反射获取parseFrom方法并缓存到map
                        methodCache.put(protoClass.getSimpleName(), protoClass.getMethod("parseFrom", ByteString.class));
                    } catch (NoSuchMethodException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                });
    }
    
    /**
     * 根据Frame类解析出其中的body
     *
     * @param msg
     * @return
     */
    public static MessageLite parse(Frame msg) throws InvocationTargetException, IllegalAccessException {
        String type = msg.getMessageType();
        ByteString body = msg.getPayload();

        Method method = methodCache.get(type);
        if (method == null) {
            throw new RuntimeException("unknown Message type :" + type);
        }
        return (MessageLite) method.invoke(null, body);
    }
}

至此，我们收发数据的解码/编码已经做完配合自带的解码/编码器，此时pipeline的处理链是这样的:

public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            ch.pipeline()
                                    .addLast(new ProtobufVarint32FrameDecoder())
                                    .addLast(new ProtobufDecoder(Frame.getDefaultInstance()))
                                    .addLast(new ProtobufVarint32LengthFieldPrepender())
                                    .addLast(new ProtobufEncoder())
                                    .addLast(new SecondProtobufCodec())
                            ;

数据收发完成，接下来就是把消息分发到对应的处理方法。处理方法也利用多态特性+泛型+注解优雅的实现分发。首先定义一个泛型接口:interface DataHandler<T extends MessageLite>,该接口上定义一个方法void handler(T t, ChannelHandlerContext ctx),然后每一个类型的处理类都使用自己要处理的类型实现该接口，并使用自定义注解映射处理类型。在项目启动的扫描实现该接口的所有类，使用跟上述解析Message类型相同的方法来缓存这些处理类(有一点不同的是这里只需要缓存一个处理类的实例而不是方法，因为parseFrom是static的无法统一调用),做完这些我们就可以编写我们的pipeline上的最后一个处理器:

public class DispatchHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    @Override
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        HandlerUtil.getHandlerInstance(msg.getClass().getSimpleName()).handler((MessageLite) msg,ctx);
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
    }
}

public abstract class HandlerUtil {

    private final static ConcurrentMap<String,DataHandler> instanceCache = new ConcurrentHashMap<>();

    static {
        try {
            List<Class> classes = ClassUtil.getAllClassBySubClass(DataHandler.class, true,"com.onescorpion");
            for (Class claz : classes) {
                HandlerMapping annotation = (HandlerMapping) claz.getAnnotation(HandlerMapping.class);
                instanceCache.put(annotation.value(), (DataHandler) claz.newInstance());
            }
            System.out.println("handler init success handler Map: " +  instanceCache);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

    public static DataHandler getHandlerInstance(String name) {
        return instanceCache.get(name);
    }
}

这样一个优雅的处理分发就完成了。
由于代码规律性极强，所以所有handler类均可以使用模版来生成，完整代码请看这里

ps：其实本例中由于使用了protobuf还有比较强约定性，所以理论上来说每个消息处理器上的自定义注解是不需要的，通过获取泛型的真实类型即可，但是注解可以大大增加handler的灵活性，如果采用其他方案(例如json)也更有借鉴的价值。