Mina网络通信框架

认识 Mina

Apache Mina Server 是一个网络通信应用框架，与 Netty 出自同一作者，Netty 借鉴了部分 Mina 的设计思路。

Mina 主要是对基于 TCP/IP、UDP/IP 协议栈的通信框架，Mina 可以帮助我们快速开发高性能、高扩展性的网络通信应用，Mina 提供了事件驱动、异步操作的编程模型，Mina 的异步 IO 默认使用的是 JAVA NIO（New IO）作为底层支持，基于 Channel 的双向通道。Mina 主要有1.x 和2.x 两个分支。Mina 同时提供了网络通信的 Server 端、Client 端的封装，无论是哪端，Mina 在整个网通通信结构中提供了一系列接口 API，Mina 的 API 将真正的网络通信与我们的应用程序隔离开来。

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Mina 的底层依赖的主要是 Java NIO 库，上层提供的是基于事件的异步接口。其整体的结构如下：

  • IoService：最底层的是 IOService，负责具体的 IO 相关工作。这一层的典型代表有 IOSocketAcceptor 和 IOSocketChannel，分别对应 TCP 协议下的服务端和客户端的 IOService。IOService 的意义在于隐藏底层 IO 的细节，对上提供统一的基于事件的异步 IO 接口。每当有数据到达时，IOService 会先调用底层 IO 接口读取数据，封装成 IoBuffer，之后以事件的形式通知上层代码，从而将 Java NIO 的同步 IO 接口转化成了异步 IO。所以从图上看，进来的 low-level IO 经过 IOService 层后变成 IO Event。具体的代码可以参考 org.apache.mina.core.polling.AbstractPollingIoProcessor 的私有内部类 Processor。
  • IoProcessor：这个接口在另一个线程上，负责检查是否有数据在通道上读写，也就是说它也拥有自己的 Selector，这是与我们使用 JAVA NIO 编码时的一个不同之处，通常在 JAVA NIO 编码中，我们都是使用一个 Selector，也就是不区分 IoService 与 IoProcessor 两个功能接口。另外，IoProcessor 负责调用注册在 IoService 上的过滤器，并在过滤器链之后调用 IoHandler。
  • IoFilter：这个接口定义一组拦截器，这些拦截器可以包括日志输出、黑名单过滤、数据的编码（write 方向）与解码（read 方向）等功能，其中数据的 encode 与decode 是最为重要的、也是你在使用 Mina 时最主要关注的地方。
  • IoHandler：这个接口负责编写业务逻辑，也就是接收、发送数据的地方。需要有开发者自己来实现这个接口。IoHandler 可以看成是 Mina 处理流程的终点，每个 IoService 都需要指定一个 IoHandler。
  • IoSession：是对底层连接（服务器与客户端的特定连接，该连接由服务器地址、端口以及客户端地址、端口来决定）的封装，一个 IoSession 对应于一个底层的 IO 连接（在 Mina 中 UDP 也被抽象成了连接）。通过 IoSession，可以获取当前连接相关的上下文信息，以及向远程 peer 发送数据。发送数据其实也是个异步的过程。发送的操作首先会逆向穿过 IoFilterChain，到达 IoService。但 IoService 上并不会直接调用底层 IO 接口来将数据发送出去，而是会将该次调用封装成一个 WriteRequest，放入 session 的 writeRequestQueue 中，最后由 IoProcessor 线程统一调度 flush 出去。所以发送操作并不会引起上层调用线程的阻塞。具体代码可以参考 org.apache.mina.core.filterchain.DefaultIoFilterChain 的内部类 HeadFilter 的 filterWrite 方法。

服务端流程：

  • 通过 SocketAcceptor 同客户端建立连接
  • 连接建立之后 I/O 的读写交给了 I/O Processor 线程，I/O Processor 是多线程的
  • 通过 I/O Processor 读取的数据经过 IoFilterChain 里所有配置的 IoFilter，IoFilter 进行消息的过滤，格式的转换，在这个层面可以制定一些自定义的协议
  • 最后 IoFilter 将数据交给 Handler 进行业务处理，完成了整个读取的过程

写入过程也是类似，只是刚好倒过来，通过 IoSession.write 写出数据，然后 Handler 进行写入的业务处理，处理完成后交给 IoFilterChain，进行消息过滤和协议的转换，最后通过 I/O Processor 将数据写出到 socket 通道。

简单的 TCPServer

第一步：编写 IoService

IoAcceptor acceptor = new NioSocketAcceptor();
acceptor.getSessionConfig().setReadBufferSize(2048);
acceptor.getSessionConfig().setIdleTime(IdleStatus.BOTH_IDLE, 10);acceptor.bind(new InetSocketAddress(9124));

第二步：编写过滤器

// 编写过滤器
acceptor.getFilterChain().addLast("codec",new ProtocolCodecFilter(new TextLineCodecFactory(Charset.forName("UTF-8"),LineDelimiter.WINDOWS.getValue(), LineDelimiter.WINDOWS.getValue()))
);

第三步：编写 IoHandler

import org.apache.mina.core.service.IoHandlerAdapter;
import org.apache.mina.core.session.IoSession;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;public class TCPServerHandler extends IoHandlerAdapter {@Overridepublic void messageReceived(IoSession session, Object message) throws Exception {}@Overridepublic void sessionCreated(IoSession session) throws Exception {super.sessionCreated(session);}@Overridepublic void sessionOpened(IoSession session) throws Exception {super.sessionOpened(session);}@Overridepublic void sessionClosed(IoSession session) throws Exception {super.sessionClosed(session);}
}

把这个 IoHandler 注册到 IoService：

acceptor.setHandler(new TCPServerHandler());

当然这段代码也要在 acceptor.bind() 方法之前执行。完成的代码：

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.charset.Charset;import org.apache.mina.core.service.IoAcceptor;
import org.apache.mina.core.session.IdleStatus;
import org.apache.mina.filter.codec.ProtocolCodecFilter;
import org.apache.mina.filter.codec.textline.LineDelimiter;
import org.apache.mina.filter.codec.textline.TextLineCodecFactory;
import org.apache.mina.transport.socket.nio.NioSocketAcceptor;public class TCPServer {public static void main(String[] args) throws IOException {IoAcceptor acceptor = new NioSocketAcceptor();acceptor.getSessionConfig().setReadBufferSize(2048);acceptor.getSessionConfig().setIdleTime(IdleStatus.BOTH_IDLE, 10);// 编写过滤器acceptor.getFilterChain().addLast("codec",new ProtocolCodecFilter(new TextLineCodecFactory(Charset.forName("UTF-8"),LineDelimiter.WINDOWS.getValue(), LineDelimiter.WINDOWS.getValue())));//设置handleracceptor.setHandler(new TCPServerHandler());//绑定端口acceptor.bind(new InetSocketAddress(9124));}
}

简单的 TCPClient

第一步：编写 IoService 并注册过滤器

import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.charset.Charset;import org.apache.mina.core.service.IoConnector;
import org.apache.mina.filter.codec.ProtocolCodecFilter;
import org.apache.mina.filter.codec.textline.LineDelimiter;
import org.apache.mina.filter.codec.textline.TextLineCodecFactory;
import org.apache.mina.transport.socket.nio.NioSocketConnector;public class TCPClient {public static void main(String[] args) {IoConnector connector = new NioSocketConnector();connector.setConnectTimeoutMillis(30000);connector.getFilterChain().addLast("codec",new ProtocolCodecFilter(new TextLineCodecFactory(Charset.forName("UTF-8"),LineDelimiter.WINDOWS.getValue(), LineDelimiter.WINDOWS.getValue())));connector.setHandler(new TCPClientHandler("你好！\r\n 大家好！"));    connector.connect(new InetSocketAddress("localhost", 9124));}}

第三步：编写 IoHandler

import org.apache.mina.core.service.IoHandlerAdapter;
import org.apache.mina.core.session.IoSession;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;public class TCPClientHandler extends IoHandlerAdapter {private final String values;public TCPClientHandler(String values) {this.values = values;}@Overridepublic void sessionOpened(IoSession session) {session.write(values);}
}

注册 IoHandler：

connector.setHandler(new ClientHandler("你好！\r\n 大家好！"));

Mina网络通信框架

由于传统的 Socket 网络编程基于一个线程对应一个客户端的实现方式，大量的线程创建和销毁导致性能下降，无法应对高并发量的访问，所以基于服务器端的网络通信开发，我们常用 Mina 网络通信框架，即常说的 Java NIO ( java non-blocking IO ) 开发。

首先，我们来看看 Mina 的几个重要接口：

IoServiece ：这个接口在一个线程上负责套接字的建立，拥有自己的 Selector，监听是否有连接被建立。
IoProcessor ：这个接口在另一个线程上负责检查是否有数据在通道上读写，也就是说它也拥有自己的 Selector，
这是与我们使用 JAVA NIO 编码时的一个不同之处，通常在 JAVA NIO 编码中，我们都是使用一个 Selector，
也就是不区分 IoService与 IoProcessor 两个功能接口。
另外，IoProcessor 负责调用注册在 IoService 上的过滤器，并在过滤器链之后调用 IoHandler。  
IoAccepter ：相当于网络应用程序中的服务器端
IoConnector ：相当于客户端
IoSession ：当前客户端到服务器端的一个连接实例
IoHandler ：这个接口负责编写业务逻辑，也就是接收、发送数据的地方。这也是实际开发过程中需要用户自己编写的部分代码。
IoFilter ：过滤器用于悬接通讯层接口与业务层接口，这个接口定义一组拦截器，这些拦截器可以包括日志输
出、黑名单过滤、数据的编码（write 方向）与解码（read 方向）等功能，其中数据的 encode与 decode是
最为重要的、也是你在使用 Mina时最主要关注的地方。

接着，我们来看看 Mina 的一个重要的类 IoHandlerAdapter，此类仅仅是实现了 IoHandler 接口，但并不做任何处理。
一个 IoHandler 接口中具有如下一些方法（摘自 MINA 的 API 文档）：

void exceptionCaught(IoSession session, Throwable cause)
当接口中其他方法抛出异常未被捕获时触发此方法
void messageReceived(IoSession session, Object message)
当接收到客户端的请求信息后触发此方法
void messageSent(IoSession session, Object message)
当信息已经传送给客户端后触发此方法
void sessionClosed(IoSession session)
当连接被关闭时触发，例如客户端程序意外退出等等
void sessionCreated(IoSession session)
当一个新客户端连接后触发此方法
void sessionIdle(IoSession session, IdleStatus status)
当连接空闲时触发此方法
void sessionOpened(IoSession session)
当连接后打开时触发此方法，一般此方法与 sessionCreated 会被同时触发

下面我们来看看 Mina 服务器网络通信框架开发流程：

1、导入相关 jar 包: mina-core-2.0.13.jar、slf4j-api-1.7.14.jar

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2、创建acceptor，绑定Handler，设置Filter，绑定端口

            NioSocketAcceptor acceptor = new NioSocketAcceptor();acceptor.setHandler(new MyServerHandler());// 获取拦截器，拦截器作用：把字节转成对象// TextLineCodecFactory 把数据进行加解码acceptor.getFilterChain().addLast("codec",new ProtocolCodecFilter(new TextLineCodecFactory()));// 5秒钟服务器和客户端没有进行读写，则进入空闲状态Idleacceptor.getSessionConfig().setIdleTime(IdleStatus.BOTH_IDLE, 5);//绑定9898端口acceptor.bind(new InetSocketAddress(9898));

3、创建自定义的Handler

package com.example.server;import org.apache.mina.core.service.IoHandlerAdapter;
import org.apache.mina.core.session.IdleStatus;
import org.apache.mina.core.session.IoSession;public class MyServerHandler extends IoHandlerAdapter {@Overridepublic void exceptionCaught(IoSession session, Throwable cause)throws Exception {System.out.println("exceptionCaught");}@Overridepublic void messageReceived(IoSession session, Object message)throws Exception {String s = (String) message;System.out.println("messageReceived: " + s);session.write("server replay: " + s);}@Overridepublic void messageSent(IoSession session, Object message) throws Exception {System.out.println("messageSent");}@Overridepublic void sessionClosed(IoSession session) throws Exception {System.out.println("sessionClosed");}@Overridepublic void sessionCreated(IoSession session) throws Exception {System.out.println("sessionCreated");}/*** 会话空闲状态*/@Overridepublic void sessionIdle(IoSession session, IdleStatus status)throws Exception {System.out.println("sessionIdle");}@Overridepublic void sessionOpened(IoSession session) throws Exception {System.out.println("sessionOpened");}}

4、由于默认的 Filter: TextLineCodeFactory 只能接收以换行符为结束的消息，有时为满足特定需求，需要自定义一个 Factory

package com.example.server;import org.apache.mina.core.session.IoSession;
import org.apache.mina.filter.codec.ProtocolCodecFactory;
import org.apache.mina.filter.codec.ProtocolDecoder;
import org.apache.mina.filter.codec.ProtocolEncoder;public class MyTextLineFactory implements ProtocolCodecFactory {private MyTextLineDecoder mDecoder;private MyTextLineEncoder mEncoder;private MyTextLineCumulativeDecoder mCumulativeDecoder;public MyTextLineFactory() {mDecoder = new MyTextLineDecoder();mEncoder = new MyTextLineEncoder();mCumulativeDecoder = new MyTextLineCumulativeDecoder();}// 加密@Overridepublic ProtocolDecoder getDecoder(IoSession arg0) throws Exception {// return mDecoder;// 解决没检测到\n时的数据丢失问题return mCumulativeDecoder;}// 解密@Overridepublic ProtocolEncoder getEncoder(IoSession arg0) throws Exception {return mEncoder;}}

package com.example.server;import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.CharsetEncoder;import org.apache.mina.core.buffer.IoBuffer;
import org.apache.mina.core.session.IoSession;
import org.apache.mina.filter.codec.ProtocolEncoder;
import org.apache.mina.filter.codec.ProtocolEncoderOutput;public class MyTextLineEncoder implements ProtocolEncoder {@Overridepublic void dispose(IoSession session) throws Exception {}@Overridepublic void encode(IoSession session, Object message,ProtocolEncoderOutput output) throws Exception {String s = null;if (message instanceof String) {s = (String) message;}if (s != null) {// 系统默认的EncoderCharsetEncoder charsetEncoder = (CharsetEncoder) session.getAttribute("encoder");if (charsetEncoder == null) {charsetEncoder = Charset.defaultCharset().newEncoder();session.setAttribute("encoder", charsetEncoder);}IoBuffer ioBuffer = IoBuffer.allocate(s.length());ioBuffer.setAutoExpand(true);// 自动扩展ioBuffer.putString(s, charsetEncoder);ioBuffer.flip();output.write(ioBuffer);}}
}

package com.example.server;import org.apache.mina.core.buffer.IoBuffer;
import org.apache.mina.core.session.IoSession;
import org.apache.mina.filter.codec.ProtocolDecoder;
import org.apache.mina.filter.codec.ProtocolDecoderOutput;public class MyTextLineDecoder implements ProtocolDecoder {@Overridepublic void decode(IoSession session, IoBuffer ioBuffer,ProtocolDecoderOutput output) throws Exception {// 起始位置int startPosition = ioBuffer.position();// 是否还有数据while (ioBuffer.hasRemaining()) {byte b = ioBuffer.get();// 读取到\nif (b == '\n') {// 当前位置int currentPosition = ioBuffer.position();// 当前总长度,指向末尾int limit = ioBuffer.limit();// 截取行ioBuffer.position(startPosition);ioBuffer.limit(currentPosition);IoBuffer buf = ioBuffer.slice();// 把buf中的数据写入到destbyte[] dest = new byte[buf.limit()];buf.get(dest);String str = new String(dest);output.write(str);// 还原位置ioBuffer.position(currentPosition);ioBuffer.limit(limit);}}}@Overridepublic void dispose(IoSession arg0) throws Exception {}@Overridepublic void finishDecode(IoSession arg0, ProtocolDecoderOutput arg1)throws Exception {}
}

5、为了解决数据丢失问题，我们常使用 CumulativeProtocolDecoder

package com.example.server;import org.apache.mina.core.buffer.IoBuffer;
import org.apache.mina.core.session.IoSession;
import org.apache.mina.filter.codec.CumulativeProtocolDecoder;
import org.apache.mina.filter.codec.ProtocolDecoderOutput;/*** 处理数据丢失*/
public class MyTextLineCumulativeDecoder extends CumulativeProtocolDecoder {@Overrideprotected boolean doDecode(IoSession ioSession, IoBuffer ioBuffer,ProtocolDecoderOutput output) throws Exception {// 起始位置int startPosition = ioBuffer.position();// 是否还有数据while (ioBuffer.hasRemaining()) {byte b = ioBuffer.get();// 读取到\nif (b == '\n') {// 当前位置int currentPosition = ioBuffer.position();// 当前总长度,指向末尾int limit = ioBuffer.limit();// 截取行ioBuffer.position(startPosition);ioBuffer.limit(currentPosition);IoBuffer buf = ioBuffer.slice();// 把buf中的数据写入到destbyte[] dest = new byte[buf.limit()];buf.get(dest);String str = new String(dest);output.write(str);// 还原位置ioBuffer.position(currentPosition);ioBuffer.limit(limit);return true;// 读取完成}}ioBuffer.position(startPosition);return false;// 读取未完成}
}

至此，整个服务器搭建框架就完了，是否比 Socket 开发要简洁呢？下节笔者将为大家带来一个完整案例，并给出相应的 jar 包和源码。

Mina详解：https://www.cnblogs.com/duanxz/p/5143227.html

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