Mina原理解析

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Mina

JAVA mina socket

客户端通信过程
1.通过SocketConnector同服务器端建立连接
2.链接建立之后I/O的读写交给了I/O Processor线程，I/O Processor是多线程的
3.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
4.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
5.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
IoFilterChain作为消息过滤链
1.读取的时候是从低级协议到高级协议的过程，一般来说从byte字节逐渐转换成业务对象的过程
2.写入的时候一般是从业务对象到字节byte的过程
IoSession贯穿整个通信过程的始终

整个过程可以用一个图来表现

消息箭头都是有NioProcessor-N线程发起调用，默认情况下也在NioProcessor-N线程中执行

类图
http://mina.apache.org/class-diagrams.html#ClassDiagrams-ProtocolDecoderclassdiagram

Connector
作为连接客户端，SocketConector用来和服务器端建立连接，连接成功，创建IoProcessor Thread（不能超过指定的processorCount），Thread由指定的线程池进行管理，IoProcessor 利用NIO框架对IO进行处理，同时创建IoSession。连接的建立是通过Nio的SocketChannel进行。

NioSocketConnector connector = new NioSocketConnector(processorCount);
ConnectFuture future = connector.connect(new InetSocketAddress(HOSTNAME, PORT));建立一个I/O通道

Acceptor
作为服务器端的连接接受者，SocketAcceptor用来监听端口，同客户端建立连接，连接建立之后的I/O操作全部交给IoProcessor进行处理
IoAcceptor acceptor = new NioSocketAcceptor();
acceptor.bind( new InetSocketAddress(PORT) );
Protocol
利用IoFilter，对消息进行解码和编码，如以下代码通过 MyProtocolEncoder 将java对象转成byte串，通过MyProtocalDecoder 将byte串恢复成java对象

Java代码

connector.getFilterChain().addLast("codec", new ProtocolCodecFilter(new MyProtocalFactory()));
......
public class MyProtocalFactory implements ProtocolCodecFactory {
ProtocolEncoderAdapter encoder = new MyProtocolEncoder();
ProtocolDecoder decoder = new MyProtocalDecoder() ;
public ProtocolDecoder getDecoder(IoSession session) throws Exception {
return decoder;
}
public ProtocolEncoder getEncoder(IoSession session) throws Exception {
return encoder;
}
}
......
public class MyProtocalDecoder extends ProtocolDecoderAdapter {
public void decode(IoSession session, IoBuffer in, ProtocolDecoderOutput out)
throws Exception {
int id = in.getInt();
int len = in.getInt();
byte[] dst = new byte[len];
in.get(dst);
String name = new String(dst,"GBK");
Item item = new Item();
item.setId(id);
item.setName(name);
out.write(item);
}
}
......
public class MyProtocolEncoder extends ProtocolEncoderAdapter {
public void encode(IoSession session, Object message,
ProtocolEncoderOutput out) throws Exception {
Item item = (Item)message;
int byteLen = 8 + item.getName().getBytes("GBK").length ;
IoBuffer buf = IoBuffer.allocate(byteLen);
buf.putInt(item.getId());
buf.putInt(item.getName().getBytes("GBK").length);
buf.put(item.getName().getBytes("GBK"));
buf.flip();
out.write(buf);
}
}

connector.getFilterChain().addLast(&quot;codec&quot;, new ProtocolCodecFilter(new MyProtocalFactory()));
......
public class MyProtocalFactory implements ProtocolCodecFactory {
 ProtocolEncoderAdapter encoder = new MyProtocolEncoder();
 ProtocolDecoder decoder = new MyProtocalDecoder() ;
 public ProtocolDecoder getDecoder(IoSession session) throws Exception {
  return decoder;
 }
 public ProtocolEncoder getEncoder(IoSession session) throws Exception {
  return encoder;
 }
}
......
public class MyProtocalDecoder extends ProtocolDecoderAdapter  {

 public void decode(IoSession session, IoBuffer in, ProtocolDecoderOutput out)
   throws Exception {
  
  int  id  = in.getInt();
  int  len = in.getInt();
  byte[]  dst = new byte[len];
  
  in.get(dst);
  
  String name = new String(dst,&quot;GBK&quot;);
  
  Item item = new Item();
  item.setId(id);
  item.setName(name);
  out.write(item);
 }
}
......
public class MyProtocolEncoder extends ProtocolEncoderAdapter {

 public void encode(IoSession session, Object message,
   ProtocolEncoderOutput out) throws Exception {
  Item item = (Item)message;
  int byteLen = 8 + item.getName().getBytes(&quot;GBK&quot;).length ;
  IoBuffer buf = IoBuffer.allocate(byteLen);
  buf.putInt(item.getId());
  buf.putInt(item.getName().getBytes(&quot;GBK&quot;).length);
  buf.put(item.getName().getBytes(&quot;GBK&quot;));
  buf.flip();
  out.write(buf);
  
 }
}

handler
具体处理事件，事件包括：sessionCreated、sessionOpened、sessionClosed、sessionIdle、exceptionCaught、messageReceived、messageSent。
connector.setHandler(new MyHandler());MyHandler继承IoHandlerAdapter类或者实现IoHandler接口.事件最终由IoProcessor线程发动调用。
Processor
I/O处理器、允许多线程读写，开发过程中只需要指定线程数量，Processor通过Nio框架进行I/O的续写操作，Processor包含了Nio的Selector的引用。这点也正是mina的优势，如果直接用Nio编写，则需要自己编写代码来实现类似Processor的功能。正因为I/O Processor是异步处理读写的，所以我们有时候需要识别同一个任务的消息，比如一个任务包括发送消息，接收消息，反馈消息，那么我们需要在制定消息格式的时候，消息头里能包含一个能识别是同一个任务的id。
I/O Porcessor线程数的设置：如果是SocketConnector，则可以在构造方法中指定，如：new SocketConnector(processorCount, Executors.newCachedThreadPool());如果是SocketAcceptor，也是一样的：SocketAcceptor acceptor = new SocketAcceptor(ProcessorCount, Executors.newCachedThreadPool());
processorCount为最大Porcessor线程数，这个值可以通过性能测试进行调优，默认值是cpu核数量+1（Runtime.getRuntime().availableProcessors() + 1）。
比较奇怪的是，每个IoProcessor在创建的时候会本地自己和自己建立一个连接？

IoSession
IoSession是用来保持IoService的上下文，一个IoService在建立Connect之后建立一个IoSession（一个连接一个session），IoSession的生命周期从Connection建立到断开为止
IoSession做两件事情：
1.通过IoSession可以获取IoService的所有相关配置对象(持有对IoService，Processor池，SocketChannel，SessionConfig和IoService.IoHandler的引用)
2.通过IoSession.write 是数据写出的入口

关于线程
http://mina.apache.org/configuring-thread-model.html
ThreadModel 1.x版本的mina还有线程模式选项在2.x之后就没有了
1.x版本指定线程模式
SocketConnectorConfig cfg = new SocketConnectorConfig();
cfg.setThreadModel(ThreadModel.MANUAL);

MINA有3种worker线程
Acceptor、Connector、I/O processor 线程
Acceptor Thread
一般作为服务器端链接的接收线程，实现了接口IoService，线程的数量就是创建SocketAcceptor 的数量
Connector Thread
一般作为客户端的请求建立链接线程，实现了接口IoService，维持了一个和服务器端Acceptor的一个链接，线程数量就是创建SocketConnector 的数量

Mina的SocketAcceptor和SocketConnector均是继承了BaseIoService，是对IoService的两种不同的实现
I/O processor Thread
作为I/O真正处理的线程，存在于服务器端和客户端，用来处理I/O的读写操作，线程的数量是可以配置的，默认最大数量是CPU个数+1
服务器端：在创建SocketAcceptor的时候指定ProcessorCount
SocketAcceptor acceptor = new SocketAcceptor(Runtime.getRuntime().availableProcessors() + 1, Executors.newCachedThreadPool());
客户端：在创建SocketConnector 的时候指定ProcessorCount
SocketConnector connector = new SocketConnector(Runtime.getRuntime().availableProcessors() + 1, Executors.newCachedThreadPool());
I/O Processor Thread，是依附于IoService，类似上面的例子SocketConnector connector = new SocketConnector(Runtime.getRuntime().availableProcessors() + 1, Executors.newCachedThreadPool());是指SocketConnector这个线程允许CPU+1个I/O Processor Thread
NioProcessor虽然是多线程，但是对与一个连接的时候业务处理只会使用一个线程进行处理（Processor线程对于一个客户端连接只使用一个线程NioProcessor-n）如果handler的业务比较耗时，会导致NioProcessor线程堵塞，在2个客户端同时连接上来的时候会创建第2个（前提是第1个NioProcessor正在忙），创建的最大数量由Acceptor构造方法的时候指定。如果：一个客户端连接同服务器端有很多通信，并且I/O的开销不大，但是Handler处理的业务时间比较长，那么需要采用独立的线程模式，在FilterChain的最后增加一个ExecutorFitler:
acceptor.getFilterChain().addLast("threadPool", new ExecutorFilter(Executors.newCachedThreadPool()));
这样可以保证processor和handler的线程是分开的，否则：客户端发送3个消息，而服务器对于每个消息要处理10s左右，那么这3个消息是被串行处理，在处理第一个消息的时候，后面的消息将被堵塞，同样反过来客户端也有同样的问题。

客户端Porcessor堵塞测试情况：
1.以下代码在建立连接后连续发送了5个消息（item）

Java代码

ConnectFuture future = connector.connect(new InetSocketAddress(HOSTNAME, PORT));
future.awaitUninterruptibly();
session = future.getSession();
Item item = new Item();
item.setId(12345);
item.setName("hi");
session.write(item);
session.write(item);
session.write(item);
session.write(item);
session.write(item);

ConnectFuture future = connector.connect(new InetSocketAddress(HOSTNAME, PORT));
                future.awaitUninterruptibly();
                session = future.getSession();
                Item item = new Item();
                item.setId(12345);
                item.setName(&quot;hi&quot;);
                session.write(item);
                session.write(item);
                session.write(item);
                session.write(item);
                session.write(item);

2.在handle的messageSent方法进行了延时处理，延时3秒

Java代码

public void messageSent(IoSession session, Object message) throws Exception {
Thread.sleep(3000);
System.out.println(message);
}

  public void messageSent(IoSession session, Object message) throws Exception {
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println(message);
        
    }

3.测试结果
5个消息是串行发送，都由同一个IoPorcessor线程处理

Java代码

session.write(item);
session.write(item);
session.write(item);
session.write(item);
session.write(item);

  session.write(item);
                session.write(item);
                session.write(item);
                session.write(item);
                session.write(item);

服务器端每隔3秒收到一个消息。因为调用是由IoProcessor触发，而一个connector只会使用一个IoProcessor线程

4.增加ExecutorFilter，ExecutorFilter保证在处理handler的时候是独立线程
connector.getFilterChain().addLast("threadPool", new ExecutorFilter(Executors.newCachedThreadPool()));
5.测试结果
4个session.wirte变成了并行处理，服务器端同时收到了5条消息

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