Mina 架构与优化指南

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MINA 架构

这里,我借用了一张 Trustin Lee 在 Asia 2006 的 ppt 里面的图片来介绍 MINA 的架构。

Remote Peer 就是客户端,而下方的框是 MINA 的主要结构,各个框之间的箭头代表数据流向。

大家可以对比刚刚的例子来看这个架构图,IoService 就是整个 MINA 的入口,负责底层的 IO 操作,客户端发过来的消息就是由它处理。刚刚我们使用的 IoAcceptor 就是一个 IoService,之所以抽象成 IoService,是因为 MINA 用同样的架构来处理服务器和客户端编程,IoService 的另一个子类就是 IoConnector,用于客户端。不过根据笔者的使用经验,使用非阻塞的模型进行客户端编程非常的不方便,你最好寻求其他的阻塞通讯框架。

IoService 把数据转化成一个一个的事件,传递给 IoFilterChain。你可以加入一连串的 IoFilter,进行各种功能。笔者的建议是将一些功能性的,业务不相关的代码,用 IoFilter 来实现,使得整个应用结构更清晰,也方便代码重用。

被 IoFilter 处理过的事件,发送给 IoHandler,然后我们在这里实现具体的业务逻辑。这个部分很简单,如果你有 Swing 的使用经验的话,你会发现它跟 Swing 的事件非常相像,你要做的事情,仅仅是重载你需要的方法,然后编写具体的业务功能。在这其中,最重要的一个方法就是 messageReceived 了。

值得留意的是一个 IoSession 的类,每一个 IoSession 实例代表这一个连接,我们需要对连接进行的任何操作都通过这个类来实现。

从 IoHandler 通过调用 IoSession.write 等方法向客户端发送的消息,会通过跟输入数据相反的次序依次传递,直至由 IoService 负责把数据发送给客户端。

这就已经是 MINA 的全部,是不是很简单。

接下来,我会详细介绍我们编写具体代码的时候主要涉及到的三个类,IoHandler、IoSession 和 IoFilter。

IoHandler

MINA 的内部实现了一个事件模型,而 IoHanlder 则是所有事件最终产生响应的位置。每一个方法的名字很明确表明该事件的含义。messageReceived 是接收客户端消息的事件,我们应该在这里实现业务逻辑。messageSent 是服务器发送消息的事件,一般情况下我们不会使用它。sessionClosed 是客户端断开连接的事件,可以在这里进行一些资源回收等操作。值得留意的是,客户端连接有两个事件,sessionCreated 和 sessionOpened,两者稍有不同,sessionCreated 是由 I/O processor 线程触发的,而 sessionOpened 在其后,由业务线程触发的,由于 MINA 的 I/O processor 线程非常少,因此如果我们真的需要使用 sessionCreated,也必须是耗时短的操作,一般情况下,我们应该把业务初始化的功能放在 sessionOpened 事件中。

细心的读者可能会发现,我们刚刚的例子继承的是 IoHandlerAdapter,IoHandlerAdapter 其实就是一个 IoHanlder 的空的实现,这样我们就可以不用重载不感兴趣的事件。

IoSession

IoSession 是一个接口,MINA 里很多的地方都使用接口,很好地体现了面向接口编程的思想。它提供了对当前连接的操作功能,还有用户定义属性的存储功能,这点非常重要。IoSession 是线程安全的,也就是我们能够在多线程环境中随意操作 IoSession,这点给开发带来很大的好处。我们来看看具体提供的方法,笔者列举一些比较常用和重要的方法

在这里,笔者把 IoSession 的方法大致分成三类

第一类,连接操作功能。

最主要的方法有两个,向客户端发送消息和断开连接。可以看的出,write 接受的变量是一个 Object,但是实际上应该传入什么类型呢?具体还得看你是否使用了 ProtocolCodecFilter(下面会详细介绍),如果使用了 ProtocolCodecFilter,那这个 message 将可能是一个 String,或者是一个用户定义的 JavaBean。默认的情况,message 是一个 ByteBuffer。ByteBuffer 是 MINA 的一个类,跟 java.nio.ByteBuffer 类同名,MINA 2.0 将会将它改成 IoBuffer,以避免讨论上的误会。

另一个值得留意的是 Future 类,MINA 是一个非阻塞的通信框架,其中一个明显的体现就是调用 IoSession.write 方法是不会阻塞的。用户调用了 write 方法之后,消息内容会发到底层等候发送,至于什么时候发出,就不得而知了。当然,实际上调用了 write 之后,数据几乎是立刻发出的,这得益与 NIO 的高性能。但是,如果我们必须确认了消息发出,然后进行某些处理,我们就需要使用 Future 类,以下是一个很常见的代码。

通过调用 future.join,程序就会阻塞,直至消息处理结束。我们还能通过 future.isWritten 得知消息是否成功发送。

在这里,笔者顺便说一个实际使用的发现,消息发送是会自动合并的,简单来说,如果在很短的时间里,对同一个 IoSession 进行了两次 write 操作,客户端有可能只收到一条消息,而这条消息就是服务器发出的两条消息前后接起来。这样的设计可以在高并发的时候节省网络开销,而笔者的实际使用过程中,效果也相当好。但是如果这样行为会导致客户端工作不正常,你也可以通过参数关闭它。

第二类,属性存储操作。

通常来说,我们的系统是有用户状态的,我们就需要在连接上存储用户属性,IoSession 的 Attribute 就是这样一个功能。例如两个连接同时连入服务器,一个连接是用户 A,用户 ID 是 13,另一个连接是用户 B,用户 ID 是 14,我们就可以在用户登录成功之后,调用 IoSession.setAttribute(“login_id”,13),然后在其后的操作中,通过 IoSession.getAttribute(“login_id”)获得当前登录用户 ID,并进行相应的操作。简单来说,就是一个类似 HttpSession 的功能,当然具体的实现方法不一样。

第三类,连接状态。

这里就不多说了,从方法名上我们就能知道它具体的功能。

IoFilter

过滤器是 MINA 的一个很重要的功能。IoFilter 也是一个接口,但是相对比较复杂,这里就不列举它的方法了。简单来说 IoFilter 就像 ServletFilter,在事件被 IoHandler 处理之前或之后进行一些特定的操作,但是它比 ServletFilter 复杂,可以处理很多种事件,除了包括 IoHandler 的 7 个事件以外,还有一些内部的事件可以进行操作。

MINA 提供了一些常用的 IoFilter 实现,例如有 LoggingFilter(日志功能)、BlacklistFilter(黑名单功能)、CompressionFilter(压缩功能)、SSLFilter(SSL 支持),这些过滤器比较简单,通过阅读它们的源代码,能够更进一步理解过滤器的实现。笔者在这里要重点介绍两个过滤器,ProtocolCodecFilter 和 ExecutorFilter

ProtocolCodecFilter

网络传输的内容其实本质是一个二进制流,但是我们的业务功能不会,或者说不应该去直接操作二进制流。MINA 默认向 IoHandler 传入的 message 是一个 ByteBuffer,如果我们直接在 IoHandler 操作 ByteBuffer,会导致大量协议分析的代码和实际的业务代码混杂在一起。最适合的做法,就是在 IoFilter 把 ByteBuffer 转换成 String 或者 JavaBean,ProtocolCodecFilter 正是这样的一个功能的过滤器。

使用 ProtocolCodecFilter 很简单,我们只要把 ProtocolCodecFilter 加入到 FilterChain 就可以了,但是我们需要提供一个 ProtocolCodecFactory。其实 ProtocolCodecFilter 仅仅是实现了过滤器部分的功能,它会将最终的转换工作,交给从 ProtocolCodecFactory 获得的 Encode 和 Decode。如果我们需要编写自己的 ProtocolCodec,就应该从 ProtocolCodecFactory 入手。MINA 内置了几个 ProtocolCodecFactory,比较常用的就是 ObjectSerializationCodecFactory 和 TextLineCodecFactory。

ObjectSerializationCodecFactory 是 Java Object 序列化之后的内容直接跟 ByteBuffer 互相转化,比较适合两端都是 Java 的情况使用。TextLineCodecFactory 就是 String 跟 ByteBuffer 的转化,说白了就是文本,例如你要实现一个 SMTP 服务器,或者 POP 服务器,就可以使用它。而笔者的实际使用,大多数情况都是使用

TextLineCodecFactory

这里提及一下 IoFilter 的顺序问题,IoFilter 是有加入顺序的,例如,先加入 LoggingFilter 再加入 ProtocolCodecFilter,和先加入 ProtocolCodecFilter 再加入 LoggingFilter 的效果是不一样的,前者 LoggingFilter 写入日志的内容是 ByteBuffer,而后者写入日志的是转换后具体的

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