今天分享Netty序列化问题解决方案
一、Java 序列化方案：
1、Java 序列化的目的主要有两个：
1). 网络传输
2). 对象持久化
当选行远程跨迸程服务调用时，需要把被传输的 Java 对象编码为字节数组或者 ByteBuffer 对象。而当远程服务读取到 ByteBuffer 对象或者字节数组时，需要将其解码为发 送时的 Java 对象。这被称为 Java 对象编解码技术。 Java 序列化仅仅是 Java 编解码技术的一种，由于它的种种缺陷，衍生出了多种编解码技术和框架
2、Java 序列化的缺点
Java 序列化从 JDK1.1 版本就已经提供，它不需要添加额外的类库，只需实现 java.io.Serializable 并生成序列 ID 即可，因此，它从诞生之初就得到了广泛的应用。
但是在远程服务调用（ RPC ）时，很少直接使用 Java 序列化进行消息的编解码和传输， 这又是什么原因呢？下面通过分析.Tava 序列化的缺点来找出答案。
1 ） 无法跨语言
对于跨进程的服务调用，服务提供者可能会使用 C 十＋或者其他语言开发，当我们需要 和异构语言进程交互时 Java 序列化就难以胜任。由于 Java 序列化技术是 Java 语言内部的私 有协议，其他语言并不支持，对于用户来说它完全是黑盒。对于 Java 序列化后的字节数组， 别的语言无法进行反序列化，这就严重阻碍了它的应用。
2） 序列化后的码流太大
通过一个实例看下 Java 序列化后的字节数组大小。
3 ） 序列化性能太低
无论是序列化后的码流大小，还是序列化的性能，JDK 默认的序列化机制表现得都很差。 因此，我们边常不会选择 Java 序列化作为远程跨节点调用的编解码框架。
4）JDK序列化与ByteBuffer 二进制编码的性能对比：
首先、pom文件引入jar
<dependency>
<groupId>com.google.protobuf</groupId>
<artifactId>protobuf-java</artifactId>
<version>2.6.1</version>
</dependency>
对象核心类：
public class UserInfo implements Serializable {
/**
* 默认的序列号
*/
private static final long serialVersionUID = 1L;
private String userName;
private int userID;
public UserInfo buildUserName(String userName) {
this.userName = userName;
return this;
}
public UserInfo buildUserID(int userID) {
this.userID = userID;
return this;
}
public final String getUserName() {
return userName;
}
public final void setUserName(String userName) {
this.userName = userName;
}
public final int getUserID() {
return userID;
}
public final void setUserID(int userID) {
this.userID = userID;
}
//自行序列化
public byte[] codeC() {
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
byte[] value = this.userName.getBytes();//userName转换为字节数组value
buffer.putInt(value.length);//写入字节数组value的长度
buffer.put(value);//写入字节数组value的值
buffer.putInt(this.userID);//写入userID的值
buffer.flip();//准备读取buffer中的数据
value = null;
byte[] result = new byte[buffer.remaining()];
buffer.get(result);//buffer中的数据写入字节数组并作为结果返回
return result;
}
//自行序列化方法2
public byte[] codeC(ByteBuffer buffer) {
buffer.clear();
byte[] value = this.userName.getBytes();
buffer.putInt(value.length);
buffer.put(value);
buffer.putInt(this.userID);
buffer.flip();
value = null;
byte[] result = new byte[buffer.remaining()];
buffer.get(result);
return result;
}
}
测试序列化后的流的大小对比：
public class TestUserInfo {
/**
* @param args
* @throws IOException
*/
public static void main(String[] args) throws IOException {
UserInfo info = new UserInfo();
info.buildUserID(100).buildUserName("Welcome to Netty");
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream os = new ObjectOutputStream(bos);
os.writeObject(info);
os.flush();
os.close();
byte[] b = bos.toByteArray();
System.out.println("The jdk serializable length is : " + b.length);
bos.close();
System.out.println("-------------------------------------");
System.out.println("The byte array serializable length is : "
+ info.codeC().length);
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
System.out.println("The ByteBuffer byte array serializable length is : "
+ info.codeC(buffer).length);
}
}执行结果：
测试序列化过程所用时间对比：
public class PerformTestUserInfo {
public static void main(String[] args) throws IOException {
UserInfo info = new UserInfo();
info.buildUserID(100).buildUserName("Welcome to Netty");
int loop = 1000000;
ByteArrayOutputStream bos = null;
ObjectOutputStream os = null;
long startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < loop; i++) {
bos = new ByteArrayOutputStream();
os = new ObjectOutputStream(bos);
os.writeObject(info);
os.flush();
os.close();
byte[] b = bos.toByteArray();
bos.close();
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("The jdk serializable cost time is : "
+ (endTime - startTime) + " ms");
System.out.println("-------------------------------------");
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < loop; i++) {
byte[] b = info.codeC(buffer);
}
endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("The byte array serializable cost time is : "
+ (endTime - startTime) + " ms");
}
}执行对比结果：
二、序列化 – 内置和第三方的 MessagePack 实战
1、 Netty 内置 编解码器
Netty 内置了对 JBoss Marshalling 和 Protocol Buffers 的支持Protocol Buffers 序列化机制
Google protobuf 编解码，主要 依据 ProtobufDecoder 解码器 和 ProtobufEncoder 编码器原理：
测试使用示例如下：
原生的对象代码：
public class Person {
String name;
int id;
String email;
}Protobuf格式的对象转换成的java 代码,如图：
服务端代码：
public class ProtoBufServer {
public void bind(int port) throws Exception {
// 配置服务端的NIO线程组
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
try {
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
b.group(bossGroup, workerGroup)
.channel(NioServerSocketChannel.class)
.option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 100)
.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
public void initChannel(SocketChannel ch) {
/*去除消息长度部分，同时根据这个消息长度读取实际的数据*/
ch.pipeline().addLast(
new ProtobufVarint32FrameDecoder());
ch.pipeline().addLast(new ProtobufDecoder(
PersonProto.Person.getDefaultInstance()
));
ch.pipeline().addLast(new ProtoBufServerHandler());
}
});
// 绑定端口，同步等待成功
ChannelFuture f = b.bind(port).sync();
System.out.println("init start");
// 等待服务端监听端口关闭
f.channel().closeFuture().sync();
} finally {
// 优雅退出，释放线程池资源
bossGroup.shutdownGracefully();
workerGroup.shutdownGracefully();
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
int port = 8080;
new ProtoBufServer().bind(port);
}
}服务端业务代码：
public class ProtoBufServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)
throws Exception {
PersonProto.Person req = (PersonProto.Person)msg;
System.out.println("get data name = "+req.getName());
}
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {
if(cause instanceof IOException){
System.out.println("远程客户端强迫关闭了一个现有的连接。");
}
ctx.close();
}
}客户端代码：
public class ProtoBufClient {
public void connect(int port, String host) throws Exception {
// 配置客户端NIO线程组
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
try {
Bootstrap b = new Bootstrap();
b.group(group)
.channel(NioSocketChannel.class)
.option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)
.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
public void initChannel(SocketChannel ch)
throws Exception {
/*加一个消息长度，由netty自动计算*/
ch.pipeline().addLast(
new ProtobufVarint32LengthFieldPrepender()
);
/*负责编码,序列化*/
ch.pipeline().addLast(new ProtobufEncoder());
ch.pipeline().addLast(new ProtoBufClientHandler());
}
});
ChannelFuture f = b.connect(host, port).sync();
f.channel().closeFuture().sync();
} finally {
// 优雅退出，释放NIO线程组
group.shutdownGracefully();
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
int port = 8080;
new ProtoBufClient().connect(port, "127.0.0.1");
}
}客户端业务代码：
public class ProtoBufClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {
System.out.println("Prepare to make data........");
PersonProto.Person.Builder builder = PersonProto.Person.newBuilder();
builder.setName("Mark");
builder.setId(1);
builder.setEmail("Mark@enjoyedu.com");
System.out.println("send data........");
ctx.writeAndFlush(builder.build());
}
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {
cause.printStackTrace();
ctx.close();
}
}执行测试结果：
客户端：
服务端：
protobuf使用参考文章。
二、集成第三方 MessagePack 实战（ LengthFieldBasedFrame 详解）
LengthFieldBasedFrame 详解
maxFrameLength ：表示的是包的最大长度，
lengthFieldOffset ：指的是长度域的偏移量，表示跳过指定个数字节之后的才是长度域；
lengthFieldLength ：记录该帧数据长度的字段，也就是长度域本身的长度；
lengthAdjustment ：长度的一个修正值，可正可负， Netty 在读取到数据包的长度值 N 后，认为接下来的 N 个字节都是需要读取的，但是根据实际情况，有可能需要增加 N 的值，也有可能需要减少 N 的值，具体增加多少，减少多少，写在这个参数里；
initialBytesToStrip：从数据帧中跳过的字节数，表示得到一个完整的数据包之后，扔掉 这个数据包中多少字节数，才是后续业务实际需要的业务数据。
failFast ：如果为 true ，则表示读取到长度域， TA 的值的超过 maxFrameLength ，就抛出 一个 TooLongFrameException ，而为 false 表示只有当真正读取完长度域的值表示的字节之后，才会抛出 TooLongFrameException ，默认情况下设置为 true ，建议不要修改，否则可能会造成内存溢出。
数据包大小 : 14B = 长度域 2B + "HELLO, WORLD" （单词 HELLO+ 一个逗号 + 一个空格 + 单 词 WORLD ）
长度域的值为 12B(0x000c) 。希望解码后保持一样，根据上面的公式 , 参数应该为：
1. lengthFieldOffset = 0
2. lengthFieldLength = 2
3. lengthAdjustment 无需调整
4. initialBytesToStrip = 0 - 解码过程中，没有丢弃任何数据
数据包大小 : 14B = 长度域 2B + "HELLO, WORLD"
长度域的值为 12B(0x000c) 。解码后，希望丢弃长度域 2B 字段，所以，只要initialBytesToStrip = 2 即可。
1. lengthFieldOffset = 0
2. lengthFieldLength = 2
3. lengthAdjustment 无需调整
4. initialBytesToStrip = 2 解码过程中，丢弃 2 个字节的数据
数据包大小 : 14B = 长度域 2B + "HELLO, WORLD" 。长度域的值为 14(0x000E)
长度域的值为 14(0x000E) ，包含了长度域本身的长度。希望解码后保持一样，根据上面的公式，参数应该为：
1. lengthFieldOffset = 0
2. lengthFieldLength = 2
3. lengthAdjustment = -2 因为长度域为 14 ，而报文内容为 12 ，为了防止读取报文超出报文本体，和将长度字段一起读取进来，需要告诉 netty ，实际读取的报文长度比长度域中的要少 2 （ 12-14=-2 ）
4. initialBytesToStrip = 0 - 解码过程中，没有丢弃任何数据
在长度域前添加 2 个字节的 Header 。长度域的值 (0x00000C) = 12 。总数据包长度 : 17=Header(2B) + 长度域 (3B) + "HELLO, WORLD"
长度域的值为 12B(0x000c) 。编码解码后，长度保持一致，所以 initialBytesToStrip = 0 。
参数应该为:
1. lengthFieldOffset = 2
2. lengthFieldLength = 3
3. lengthAdjustment = 0 无需调整
4. initialBytesToStrip = 0 - 解码过程中，没有丢弃任何数据
Header 与长度域的位置换了。总数据包长度 : 17= 长度域 (3B) + Header(2B) + "HELLO, WORLD"
长度域的值为 12B(0x000c) 。编码解码后，长度保持一致，所以 initialBytesToStrip = 0 。
参数应该为 :
1. lengthFieldOffset = 0
2. lengthFieldLength = 3
3. lengthAdjustment = 2 因为长度域为 12 ，而报文内容为 12 ，但是我们需要把 Header 的值一起读取进来，需要告诉 netty ，实际读取的报文内容长度比长度域中的要多 2 （ 12+2=14 ）
4. initialBytesToStrip = 0 - 解码过程中，没有丢弃任何数据
带有两个 header 。 HDR1 丢弃，长度域丢弃，只剩下第二个 header 和有效包体，这种 协议中，一般 HDR1 可以表示 magicNumber ，表示应用只接受以该 magicNumber 开头的二 进制数据，
rpc 里面用的比较多。总数据包长度 : 16=HDR1(1B)+ 长度域 (2B) +HDR2(1B) + "HELLO, WORLD"
长度域的值为 12B(0x000c)
1. lengthFieldOffset = 1 (HDR1 的长度 )
2. lengthFieldLength = 2
3. lengthAdjustment =1 因为长度域为 12 ，而报文内容为 12 ，但是我们需要把 HDR2 的值一起读取进来，需要告诉 netty ，实际读取的报文内容长度比长度域中的要多 1 （ 12+1=13 ）
4. initialBytesToStrip = 3 丢弃了 HDR1 和长度字段
带有两个 header ， HDR1 丢弃，长度域丢弃，只剩下第二个 header 和有效包体。总数 据包长度 : 16=HDR1(1B)+ 长度域 (2B) +HDR2(1B) + "HELLO, WORLD"
长度域的值为 16B(0x0010) ，长度为 2 ， HDR1 的长度为 1 ， HDR2 的长度为 1 ，包体的长度为 12 ， 1+1+2+12=16 。
1. lengthFieldOffset = 1
2. lengthFieldLength = 2
3. lengthAdjustment = -3 因为长度域为 16 ，需要告诉 netty ，实际读取的报文内容长度比长度域中的要 少 3 （ 13-16= -3 ）
4. initialBytesToStrip = 3 丢弃了 HDR1 和长度字段
三、MessagePack 集成测试代码；
首先、pom文件引用jar:
<dependency>
<groupId>org.msgpack</groupId>
<artifactId>msgpack</artifactId>
<version>0.6.12</version>
</dependency>用户实体类：
@Message
public class User {
private String id;
private String userName;
private int age;
private UserContact userContact;
public User(String userName, int age, String id) {
this.userName = userName;
this.age = age;
this.id = id;
}
public User() {
}
public String getUserName() {
return userName;
}
public void setUserName(String userName) {
this.userName = userName;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public String getId() {
return id;
}
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
public UserContact getUserContact() {
return userContact;
}
public void setUserContact(UserContact userContact) {
this.userContact = userContact;
}
@Override
public String toString() {
return "User{" +
"userName='" + userName + '\'' +
", age=" + age +
", id='" + id + '\'' +
", userContact=" + userContact +
'}';
}
}用户相关实体类：
@Message//MessagePack提供的注解，表明这是一个需要序列化的实体类
public class UserContact {
private String mail;
private String phone;
public UserContact() {
}
public UserContact(String mail, String phone) {
this.mail = mail;
this.phone = phone;
}
public String getMail() {
return mail;
}
public void setMail(String mail) {
this.mail = mail;
}
public String getPhone() {
return phone;
}
public void setPhone(String phone) {
this.phone = phone;
}
@Override
public String toString() {
return "UserContact{" +
"mail='" + mail + '\'' +
", phone='" + phone + '\'' +
'}';
}
}编码器代码：
/*基于MessagePack的编码器，序列化*/
public class MsgPackEncode extends MessageToByteEncoder<User> {
@Override
protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, User msg, ByteBuf out)
throws Exception {
MessagePack messagePack = new MessagePack();
byte[] raw = messagePack.write(msg);
out.writeBytes(raw);
}
}解码器代码：
/*基于MessagePack的解码器，反序列化*/
public class MsgPackDecoder extends MessageToMessageDecoder<ByteBuf> {
@Override
protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg, List<Object> out)
throws Exception {
final int length = msg.readableBytes();
final byte[] array = new byte[length];
msg.getBytes(msg.readerIndex(),array,0,length);
MessagePack messagePack = new MessagePack();
out.add(messagePack.read(array,User.class));
}
}1、服务端代码：
public class ServerMsgPackEcho {
public static final int PORT = 9995;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ServerMsgPackEcho serverMsgPackEcho = new ServerMsgPackEcho();
System.out.println("服务器即将启动");
serverMsgPackEcho.start();
}
public void start() throws InterruptedException {
final MsgPackServerHandler serverHandler = new MsgPackServerHandler();
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();/*线程组*/
try {
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();/*服务端启动必须*/
b.group(group)/*将线程组传入*/
.channel(NioServerSocketChannel.class)/*指定使用NIO进行网络传输*/
.localAddress(new InetSocketAddress(PORT))/*指定服务器监听端口*/
/*服务端每接收到一个连接请求，就会新启一个socket通信，也就是channel，
所以下面这段代码的作用就是为这个子channel增加handle*/
.childHandler(new ChannelInitializerImp());
ChannelFuture f = b.bind().sync();/*异步绑定到服务器，sync()会阻塞直到完成*/
System.out.println("服务器启动完成，等待客户端的连接和数据.....");
f.channel().closeFuture().sync();/*阻塞直到服务器的channel关闭*/
} finally {
group.shutdownGracefully().sync();/*优雅关闭线程组*/
}
}
private static class ChannelInitializerImp extends ChannelInitializer<Channel> {
@Override
protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {
ch.pipeline().addLast(new LengthFieldBasedFrameDecoder(65535,
0,2,0,
2));
ch.pipeline().addLast(new MsgPackDecoder());
ch.pipeline().addLast(new MsgPackServerHandler());
}
}
}业务代码：
@ChannelHandler.Sharable
public class MsgPackServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
private AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
/*** 服务端读取到网络数据后的处理*/
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
//将上一个handler生成的数据强制转型
User user = (User)msg;
System.out.println("Server Accept["+user
+"] and the counter is:"+counter.incrementAndGet());
//服务器的应答
String resp = "I process user :"+user.getUserName()
+ System.getProperty("line.separator");
ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer(resp.getBytes()));
ctx.fireChannelRead(user);
}
/*** 发生异常后的处理*/
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
cause.printStackTrace();
ctx.close();
}
}2、客户端代码：
public class ClientMsgPackEcho {
private final String host;
public ClientMsgPackEcho(String host) {
this.host = host;
}
public void start() throws InterruptedException {
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();/*线程组*/
try {
final Bootstrap b = new Bootstrap();;/*客户端启动必须*/
b.group(group)/*将线程组传入*/
.channel(NioSocketChannel.class)/*指定使用NIO进行网络传输*/
/*配置要连接服务器的ip地址和端口*/
.remoteAddress(
new InetSocketAddress(host, ServerMsgPackEcho.PORT))
.handler(new ChannelInitializerImp());
ChannelFuture f = b.connect().sync();
System.out.println("已连接到服务器.....");
f.channel().closeFuture().sync();
} finally {
group.shutdownGracefully().sync();
}
}
private static class ChannelInitializerImp extends ChannelInitializer<Channel> {
@Override
protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {
/*告诉netty，计算一下报文的长度，然后作为报文头加在前面*/
ch.pipeline().addLast(new LengthFieldPrepender(2));
/*对服务器的应答也要解码，解决粘包半包*/
ch.pipeline().addLast(new LineBasedFrameDecoder(1024));
/*对我们要发送的数据做编码-序列化*/
ch.pipeline().addLast(new MsgPackEncode());
ch.pipeline().addLast(new MsgPackClientHandler(5));
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new ClientMsgPackEcho("127.0.0.1").start();
}
}业务代码：
public class MsgPackClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf> {
private final int sendNumber;
public MsgPackClientHandler(int sendNumber) {
this.sendNumber = sendNumber;
}
private AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
/*** 客户端读取到网络数据后的处理*/
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg) throws Exception {
System.out.println("client Accept["+msg.toString(CharsetUtil.UTF_8)
+"] and the counter is:"+counter.incrementAndGet());
}
/*** 客户端被通知channel活跃后，做事*/
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
User[] users = makeUsers();
//发送数据
for(User user:users){
System.out.println("Send user:"+user);
ctx.write(user);
}
ctx.flush();
}
/*** 发生异常后的处理*/
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
cause.printStackTrace();
ctx.close();
}
/*生成用户实体类的数组，以供发送*/
private User[] makeUsers(){
User[] users=new User[sendNumber];
User user =null;
for(int i=0;i<sendNumber;i++){
user=new User();
user.setAge(i);
String userName = "ABCDEFG --->"+i;
user.setUserName(userName);
user.setId("No:"+(sendNumber-i));
user.setUserContact(
new UserContact(userName+"@xiangxue.com","133"));
users[i]=user;
}
return users;
}
}3、执行结果：
客户端：
服务端：
到此，Netty序列化问题解决方案分析完成，实际项目中可以根据具体业务选择不同的方案，下篇我们分析Netty 单元测试问题，敬请期待。
