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用Java的New IO开发网络协议

王朝java/jsp·作者佚名  2006-01-09
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作者:

jinhuaxing

最近用Java的New IO开发了一套简单的网络协议,在这里我把开发中的一些心得整理一下,总结出一套简单的可以重用的网络协议开发框架,希望能够给初学者一点帮助。

网络协议基本的通讯单位是一个一个的消息包。在用socket传输这些包的时,首先要解决的一个问题是如何解决包与包之间的边界问题。socket传输的是流,一个send中发出的消息,在对方不一定在一个recv中收到,可能要多次recv,或者一个recv收到多个send中放出的包。所以必须由应用层协议自己来解决包的定界问题。通常有两种方法,一种是每个包以一个特殊的字符或者字符串来结束,如http协议就是以两个'\n'作为一个消息的结束标记;另一种方法就是,所有的消息都有一个固定长度的消息头,在消息头中指出这条消息的长度。我们的协议是采用第二种方法,这也是大部分协议采用的方法。本文提出的框架也是解决这种协议方式的。

Java的New IO是在J2SE1.4引入的,主要引入了Buffer这样的概念,发送接受数据都是在Buffer上进行,而对于初学者,Buffer的操作是比较复杂的,容易出错。所以在这个框架中尽可能的把对于Buffer的操作封装起来。

3. MessageFactory接口

这个接口封装了所有真正的用于表达消息的类的创建,在MessageChannel的receive中调用。这里用了抽象工厂模式。其定义如下:

public interface MessageFactory {

/**

* 返回消息头的字节数

*/

int getMessageHeaderLength();

/**

* 创建一个消息头对象

*/

MessageHeader createMessageHeader();

/**

* 创建一个消息对象

* @param type 消息类型,从消息头中取得

*/

Message createMessage(int type);

}

4. MessageChannel类

主要功能都在这个类中,用于发送和接收消息,并封装了所有对于Buffer的操作。

class MessageChannel {

/**

* 构造方法,要求指明发送缓冲区和接收缓冲区的大小

*/

public MessageChannel(int receiveBufferSize,

int sendBufferSize,

SocketChannel sc,

MessageFactory mf);

/**

* 接收一条消息,当消息不完整、收到的消息长度太大(超过接收缓冲区大小)或者不能通过MessageFactory创建的消息类型时时抛出MessageFormatException。

*/

public Message receive() throws IOException, MessageFormatException;

/**

* 发送一条消息

*/

public void send(Message message) throws IOException;

}

5. BufferUtil类

这是一个Utility类,主要功能是从ByteBuffer中取得或者放入一个字符串String,不同的协议有不同的字符串处理方法。

class BufferUtil {

/**

* 从buffer取得一个字符串,length为长度

*/

static String getString(ByteBuffer buffer, int length);

/**

* 从buffer取得一个以'\0'结束的字符串,length为最大长度

*/

static String getCString(ByteBuffer buffer, int length);

/**

* 从buffer取得一个变长的字符串,长度用两字节的short类型表示

*/

static String getVarStringShortLength(ByteBuffer buffer);

/**

* 从buffer取得一个变长的字符串,长度用四字节的int类型表示

*/

static String getVarStringIntLength(ByteBuffer buffer);

/**

* 从buffer取得一个变长的字符串,长度用一字节的byte表示

*/

static String getVarStringByteLength();

/**

* 在buffer中放入一个字符串,length为长度

*/

static void putString(ByteBuffer buffer, String str, int length);

/**

* 在buffer中放入一个字符串,length为最大长度。如果str没有达到最大长度,那么用0填充。

*/

static void putCString(ByteBuffer buffer, String str, int length);

/**

* 在buffer中放入一个字符串,长度用一个short表示

*/

static void putVarStringShortLength(ByteBuffer buffer);

/**

* 在buffer中放入一个字符串,长度用一个int表示

*/

static void putVarStringIntLength(ByteBuffer buffer);

/**

* 在buffer中放入一个字符串,长度用一个byte表示

*/

static void putVarStringByteLength(ByteBuffer buffer);

}

目前,这个类没有考虑编码方式,可以对这个类进行扩充。

在这个框架中,Message.receive是最复杂的部分,下面对该过程的流程进行说明:

(1) 根据MessageFactory.getMessageHeaderLength()返回的消息头长度,接收消息头。

(2) 用MessageFactory.createMessageHeader() 构造消息头,并调用MessageHeader.buildFromBuffer()取得消息头数据。

(3) 根据消息头中的信息,接收消息体

(4) 构造消息,并调用Message.buildBodyFromBuffer()取得消息体数据。

(5) 调用Message.setHeader()。

(6) 返回构造的消息。

这其中有一个步骤出错,将抛出MessageFormatException。

框架主要有MessageHeader, Message, MessageFactory三个接口,两个类MessageChannel, BufferUtil,以及一个异常类MessageFormatException构成。下面说明这几个接口和类的功能。

1. MessageHeader接口

在这样一套网络协议中,总是有一个固定长度的消息头,不同的协议有不同的消息头,但是几乎所有的消息头都定义了本消息的长度和本消息的类型。类型用于识别不同的消息包。类型相同的包,格式都是一样的,可以用同一个Java的class来表达。类型不同的包,格式可能相同也可能不同,依赖于协议。接口定义如下:

public interface MessageHeader {

/**

* 返回消息类型

*/

int getMessageType();

/**

* 返回消息长度

*/

int getMessageLength();

/**

* 从Buffer中提取消息头

*/

void buildFromBuffer(ByteBuffer buffer);

/**

* 把消息头放到Buffer中

*/

void appendToBuffer(ByteBuffer buffer);

}

2. Message接口

Message代表一个消息包。每个消息包有一个消息头。其定义如下:

public interface Message {

/**

* 设置消息头,在MessageChannel.receive中调用

*/

void setHeader(MessageHeader header);

/**

* 返回消息头

*/

MessageHeader getHeader();

/**

* 从Buffer中取出消息体

*/

void buildBodyFromBuffer(ByteBuffer buffer);

/**

* 把消息体放到Buffer中

*/

void appendBodyToBuffer(ByteBuffer buffer);

}

 
 
 
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