MINA原理详解

Posted 2020-11-06

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

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

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);  

 }  
}  

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
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）
   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);

2. 在handle的messageSent方法进行了延时处理，延时3秒

   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

   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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