详解netty中的frame解码器

简介

netty中的数据是通过ByteBuf来进行传输的，一个ByteBuf中可能包含多个有意义的数据，这些数据可以被称作frame，也就是说一个ByteBuf中可以包含多个Frame。

对于消息的接收方来说，接收到了ByteBuf，还需要从ByteBuf中解析出有用而数据，那就需要将ByteBuf中的frame进行拆分和解析。

一般来说不同的frame之间会有有些特定的分隔符,我们可以通过这些分隔符来区分frame，从而实现对数据的解析。

netty为我们提供了一些合适的frame解码器，通过使用这些frame解码器可以有效的简化我们的工作。下图是netty中常见的几个frame解码器：

接下来我们来详细介绍一下上面几个frame解码器的使用。

LineBasedFrameDecoder

LineBasedFrameDecoder从名字上看就是按行来进行frame的区分。根据操作系统的不同，换行可以有两种换行符，分别是 “\n” 和 “\r\n” 。

LineBasedFrameDecoder的基本原理就是从ByteBuf中读取对应的字符来和"\n" 跟 “\r\n”，可以了可以准确的进行字符的比较，这些frameDecoder对字符的编码也会有一定的要求，一般来说是需要UTF-8编码。因为在这样的编码中，“\n"和”\r"是以一个byte出现的，并且不会用在其他的组合编码中，所以用"\n"和"\r"来进行判断是非常安全的。

LineBasedFrameDecoder中有几个比较重要的属性，一个是maxLength的属性，用来检测接收到的消息长度，如果超出了长度限制，则会抛出TooLongFrameException异常。

还有一个stripDelimiter属性，用来判断是否需要将delimiter过滤掉。

还有一个是failFast,如果该值为true，那么不管frame是否读取完成，只要frame的长度超出了maxFrameLength，就会抛出TooLongFrameException。如果该值为false，那么TooLongFrameException会在整个frame完全读取之后再抛出。

LineBasedFrameDecoder的核心逻辑是先找到行的分隔符的位置，然后根据这个位置读取到对应的frame信息，这里来看一下找到行分隔符的findEndOfLine方法：

private int findEndOfLine(final ByteBuf buffer) {
        int totalLength = buffer.readableBytes();
        int i = buffer.forEachByte(buffer.readerIndex() + offset, totalLength - offset, ByteProcessor.FIND_LF);
        if (i >= 0) {
            offset = 0;
            if (i > 0 && buffer.getByte(i - 1) == '\r') {
                i--;
            }
        } else {
            offset = totalLength;
        }
        return i;
    }

这里使用了一个ByteBuf的forEachByte对ByteBuf进行遍历。我们要找的字符是：ByteProcessor.FIND_LF。

最后LineBasedFrameDecoder解码之后的对象还是一个ByteBuf。

DelimiterBasedFrameDecoder

上面讲的LineBasedFrameDecoder只对行分隔符有效，如果我们的frame是以其他的分隔符来分割的话LineBasedFrameDecoder就用不了了，所以netty提供了一个更加通用的DelimiterBasedFrameDecoder，这个frameDecoder可以自定义delimiter:

public class DelimiterBasedFrameDecoder extends ByteToMessageDecoder {
        public DelimiterBasedFrameDecoder(int maxFrameLength, ByteBuf delimiter) {
        this(maxFrameLength, true, delimiter);
    }

传入的delimiter是一个ByteBuf，所以delimiter可能不止一个字符。

为了解决这个问题在DelimiterBasedFrameDecoder中定义了一个ByteBuf的数组：

 private final ByteBuf[] delimiters;
    delimiters= delimiter.readableBytes();

这个delimiters是通过调用delimiter的readableBytes得到的。

DelimiterBasedFrameDecoder的逻辑和LineBasedFrameDecoder差不多，都是通过对比bufer中的字符来对bufer中的数据进行截取，但是DelimiterBasedFrameDecoder可以接受多个delimiters，所以它的用处会根据广泛。

FixedLengthFrameDecoder

除了进行ByteBuf中字符比较来进行frame拆分之外，还有一些其他常见的frame拆分的方法，比如根据特定的长度来区分，netty提供了一种这样的decoder叫做FixedLengthFrameDecoder。

public class FixedLengthFrameDecoder extends ByteToMessageDecoder 

FixedLengthFrameDecoder也是继承自ByteToMessageDecoder，它的定义很简单，可以传入一个frame的长度：

public FixedLengthFrameDecoder(int frameLength) {
        checkPositive(frameLength, "frameLength");
        this.frameLength = frameLength;
    }

然后调用ByteBuf的readRetainedSlice方法来读取固定长度的数据：

in.readRetainedSlice(frameLength)

最后将读取到的数据返回。

LengthFieldBasedFrameDecoder

还有一些frame中包含了特定的长度字段，这个长度字段表示ByteBuf中有多少可读的数据，这样的frame叫做LengthFieldBasedFrame。

netty中也提供了一个对应的处理decoder：

public class LengthFieldBasedFrameDecoder extends ByteToMessageDecoder 

读取的逻辑很简单，首先读取长度，然后再根据长度再读取数据。为了实现这个逻辑，LengthFieldBasedFrameDecoder提供了4个字段，分别是 lengthFieldOffset,lengthFieldLength,lengthAdjustment和initialBytesToStrip。

lengthFieldOffset指定了长度字段的开始位置，lengthFieldLength定义的是长度字段的长度，lengthAdjustment是对lengthFieldLength进行调整，initialBytesToStrip表示是否需要去掉长度字段。

听起来好像不太好理解，我们举几个例子，首先是最简单的：

BEFORE DECODE (14 bytes)         AFTER DECODE (14 bytes)
   +--------+----------------+      +--------+----------------+
   | Length | Actual Content |----->| Length | Actual Content |
   | 0x000C | "HELLO, WORLD" |      | 0x000C | "HELLO, WORLD" |
   +--------+----------------+      +--------+----------------+

要编码的消息有个长度字段，长度字段后面就是真实的数据，0x000C是一个十六进制，表示的数据是12，也就是"HELLO, WORLD" 中字符串的长度。

这里4个属性的值是：

lengthFieldOffset   = 0
   lengthFieldLength   = 2
   lengthAdjustment    = 0
   initialBytesToStrip = 0 

表示的是长度字段从0开始，并且长度字段占有两个字节，长度不需要调整，也不需要对字段进行调整。

再来看一个比较复杂的例子，在这个例子中4个属性值如下：

 lengthFieldOffset   = 1  
   lengthFieldLength   = 2
   lengthAdjustment    = 1  
   initialBytesToStrip = 3  

对应的编码数据如下所示：

BEFORE DECODE (16 bytes)                       AFTER DECODE (13 bytes)
   +------+--------+------+----------------+      +------+----------------+
   | HDR1 | Length | HDR2 | Actual Content |----->| HDR2 | Actual Content |
   | 0xCA | 0x000C | 0xFE | "HELLO, WORLD" |      | 0xFE | "HELLO, WORLD" |
   +------+--------+------+----------------+      +------+----------------+

上面的例子中长度字段是从第1个字节开始的(第0个字节是HDR1)，长度字段占有2个字节，长度再调整一个字节，最终数据的开始位置就是1+2+1=4,然后再截取前3个字节的数据，得到了最后的结果。

总结

netty提供的这几个基于字符集的frame decoder基本上能够满足我们日常的工作需求了。当然，如果你传输的是一些更加复杂的对象，那么可以考虑自定义编码和解码器。自定义的逻辑步骤和上面我们讲解的保持一致就行了。

到此这篇关于netty中的frame解码器的文章就介绍到这了,更多相关netty解码器内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！