Mina框架研究

Posted 2020-09-21 透明1190

Apache MINA(Multipurpose Infrastructure for Network Applications) 是 Apache 组织一个较新的项目，它为开发高性能和高可用性的网络应用程序提供了非常便利的框架。

这个框架的优点：

– 异步 
– 无阻塞 
– 事件驱动 
– 支持TCP, UDP, APR, 串口… 
– 通过 过滤器（Filters）实现扩展性 
– 同时提供协议框架

 

总体框架

之前的一个项目用到了MINA，最近想再系统的整理一下，主要参考MINA 2.0 User Guide

基于MINA框架的应用程序架构应该是这样的：

底层是基于JAVA的NIO 1.0实现的；

其核心部分架构是这样的：

 

内部可以分为3 个层次：

I/O Service - 执行实际的I / O，可以选择现成的Services如 (*Acceptor)，也可以自己写。

I/O Filter Chain - 这是一个由多个过滤器组成的过滤器链，在这个环节将字节数据转换到特定的数据结构中（Filters/Transforms bytes into desired Data Structures and vice-versa） 
I/O Handler - 实际的业务逻辑部分

 

Server端应用

对socket通信来说，使用比较广泛的是基于Server端的应用，尤其是并发规模达到一定程度后，颇具挑战性。那么我们来看一下，基于MINA框架的Server端应用：

1、IOAcceptor 监听指定的端口，处理新的网络连接；一旦一个新的连接到达后，IOAcceptor 就产生一个session，后续所有从这个IP和端口发送过来的请求就将通过这个Session被处理。

2、Session创建后，后续所有的数据包都被人到过滤器链中，通过过滤器将原始的字节码转变成高层的对象，这个环节PacketEncoder/Decoder就十分有用。

3、最后数据包或对象被传送给Handler做业务逻辑处理；

Main.java:

public class Main {
    private static final int PORT = 9123;
    /**
     * @param args the command line arguments
     */
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        IoAcceptor acceptor = new NiosocketAcceptor();
        acceptor.getFilterChain().addLast( "logger", new LoggingFilter() );
        acceptor.getFilterChain().addLast( "codec", new ProtocolCodecFilter( new TextLineCodecFactory( Charset.forName( "UTF-8" ))));

        acceptor.setHandler(  new TimeServerHandler() );

        acceptor.getSessionConfig().setReadBufferSize( 2048 );
        acceptor.getSessionConfig().setIdleTime( IdleStatus.BOTH_IDLE, 10 );
        acceptor.bind(new InetSocketAddress(PORT));

    }

}

1、创建IoAcceptor；

2、加入日志记录和解码的过滤器，其中日志过滤器用SL4J库记录信息，而编码过滤器则解码所有收到的信息。使用 new TextLineCodecFactory() 发送的信息迕行编码，返是MINA自带的，功能有限，只能处理文本戒者String类型。

3、设置ServerHandler，这里是一个自定义的Handler：TimeServerHandler；

4、设置Session的对应的I/O processor 读缓存区大小2048；通常这个参数不需要设置；

5、设置空闲时间，这里的BOTH_IDLE指EADER_IDLE 和 WRITER_IDLE. 都为10秒；

6、绑定监听端口9123；

TimeServerHandler.java:

/*
 * To change this template, choose Tools | Templates
 * and open the template in the editor.
 */

package minatest1;

/**
 *
 * @author THINKPAD
 */

import java.util.Date;

import org.apache.mina.core.session.IdleStatus;
import org.apache.mina.core.service.IoHandlerAdapter;
import org.apache.mina.core.session.IoSession;

public class TimeServerHandler extends IoHandlerAdapter
{
    @Override
    public void exceptionCaught( IoSession session, Throwable cause ) throws Exception
    {
        cause.printStackTrace();
    }

    @Override
    public void messageReceived( IoSession session, Object message ) throws Exception
    {
        String str = message.toString();
        if( str.trim().equalsIgnoreCase("quit") ) {
            session.close();
            return;
        }

        Date date = new Date();
        session.write( date.toString() );
        System.out.println("Message written...");
    }

    @Override
    public void sessionIdle( IoSession session, IdleStatus status ) throws Exception
    {
        System.out.println( "IDLE " + session.getIdleCount( status ));
    }
}

这里主要有一下几个主要的方法：

messageReceived(…)，对接收到的消息（已经解码）迕行下一步处理，这里对收到的字符串进行判断，如果是”quit”则断开连接；否则输出当前时间的字符串格式；

exceptionCaught(…)，自定义异常处理， 要不然异常会被“吃掉”；

sessionIdle，当Session处于IDLE状态的时候，输出空闲状态次数；

 

 

测试，输入：telnet 127.0.0.1 9123，随便输入一串字符串，显示当前的时间：

 

IoService

IoService是一个接口，有两种实现：IoAcceptor和IoConnector；其中IoAcceptor是针对Server端的实现，IoConnector是针对Client端的实现；IoService的职责包括：

1、监听器管理

2、IoHandler

3、IoSession管理

4、FilterChain管理

5、Statistics管理

 

IoAcceptor

主要用于创建新的连接。MINA提供了多种实现，所以几乎不需要我们自己再去实现：

NioSocketAcceptor：无阻塞的Socket 传输Acceptor，针对TCP

NioDatagramAcceptor : 无阻塞的Socket 传输Acceptor，针对UDP

AprSocketAcceptor : 阻塞的Socket 传输Acceptor,基于 APR

VmPipeSocketAcceptor : the in-VM Acceptor

 

IoConnector

针对Client端的Socket连接，有多种实现：

NioSocketConnector : 无阻塞的Socket 传输Connector，针对TCP 
NioDatagramConnector : 无阻塞的Socket 传输Connector，针对UDP 
AprSocketConnector : 阻塞的Socket 传输Connector,基于 APR 

ProxyConnector : 一个支持代理服务的 Connector ，通过截取连接的请求，并将终端指向代理设置的地址。

SerialConnector : 针对串口传输的Connector

VmPipeConnector : the in-VM * Connector*

 

Session

任何时候只要有新的连接到来，都会生成一个Session对象，并且一致保存在内存中，只到连接断开；

Session有一系列状态，如下：

Connected : session被创建，并有效 
Idle : session至少在一个空闲周期（见配置）内没有处理过任何请求 
Idle for read : 在一个空闲周期内没有做实际的读操作

Idle for write : 在一个空闲周期内没有做实际的写操作

Idle for both : 在一个空闲周期内没有做实际的读和写操作 
Closing :session正在被关闭

Closed : session已经被关闭

 

IoBuffer

IoBuffer是MINA内部使用的一个byte buffer，MINA并没有直接使用NIO 的ByteBuffer。不过IoBuffer 是对 ByteBuffer 的一个封装。IoBuffer 中的很多方法都是对 ByteBuffer 的直接继承。只是对 ByteBuffer 添加了一些扩展了更加实用的方法。

基本用法

由于IoBuffer是对Nio的ByteBuffer 的封装，所以基本概念还是相同的，下面简单介绍一下：

1、capacity：该属性描述这个缓冲区最多能缓冲多少个元素，也是Buffer最大存储元素数，这个值是在创建Buffer的时候指定的，且不能修改。

2、Limit：在从Buffer中向Channel中写数据时，limit变量指示了还剩多少数据可以读取，在从Channel中读取数据到Buffer中时，limit变量指示了还剩多少空间可供存放数据。position正常情况下小于或者等于limit。

3、Position：Buffer实际上也就是个array。当你从Channel中读数据时，你把从Channel中读出来的数据放进底层array，position变量用来跟踪截止目前为止已经写了多少数据。更精确的讲，它指示如果下次写Buffer时数据应该进入array的哪个位置。因此如果已经从Channel中读出了3个字节，Buffer的position会被置为3，指向array中第四个位置。

4、Mark：一个可以记忆的Position位置的值，在调用reset()方法时会将缓冲区的Position重置为该索引，并非总是需要定义Mark，但是在定义Mark时，不能将其定义为负数，并且不能让它大于Position，如果定义了Mark，则在该Position或Limit调整为小于该Mark值时，该Mark将被丢弃。

下面通过一个例子来说明：

i、初始状态下：

此时position为0，limit和capacity都被设为9；

 

ii、从Channel中读入4个字节数据到Buffer，这时position指向4（第5个）：

 

iii、在做写操作之前，我们必须调用一次flip()方法，这个方法做了两件重要的事情： 
1. 将limit设置到当前的position处。 
2. 设置position为0。

 

iiii、执行写操作后;

iv、执行clear后，position设为0，limit设为capition，mark则丢弃；

 

 

因为IoBuffer是一个抽象类，不能直接实例化，所有使用的时候需要调用allocate方法来进行内存分配；

allocate有两种定义：

   1: // Allocates a new buffer with a specific size, defining its type (direct or heap)

   2: public static IoBuffer allocate(int capacity, boolean direct)

   3:  

   4: // Allocates a new buffer with a specific size

   5: public static IoBuffer allocate(int capacity)

这里：

capacity：buffer的大小；

direct：如果为true，则得到direct buffer，如果为false，则得到heap buffer

direct buffer和heap buffer的区别分析：

Direct Buffer不是分配在堆上的，它不被GC直接管理（但Direct Buffer的JAVA对象是归GC管理的，只要GC回收了它的JAVA对象，操作系统才会释放Direct Buffer所申请的空间），它似乎给人感觉是“内核缓冲区（buffer in kernel）”。Heap Buffer则是分配在堆上的，或者我们可以简单理解为Heap Buffer就是byte[]数组的一种封装形式。当我们把一个Heap Buffer写入Channel的时候，实际上底层实现会先构建一个临时的Direct Buffer，然后把Heap Buffer的内容复制到这个临时的Direct Buffer上，再把这个Direct Buffer写出去。因此把一个Direct Buffer写入一个Channel的速度要比把一个Heap Buffer写入一个Channel的速度要快。但是Direct Buffer创建和销毁的代价很高，所以要用在尽可能重用的地方。

public static IoBuffer allocate(int capacity)的用法：

   1: // 设置Allocates分配的默认类型，这里设为heap buffer.

   2:  IoBuffer.setUseDirectBuffer(false);

   3:  // 返回一个新的heap buffer.

   4:  IoBuffer buf = IoBuffer.allocate(1024);

 

IoBuffer允许生成一个自动扩展的buffer（这也是没有选择使用NIO的ByteBuffer的原因之一）；通过设置AutoExpand属性即可：

   1: IoBuffer buffer = IoBuffer.allocate(8);

   2: buffer.setAutoExpand(true);

   3:  

   4: buffer.putString("12345678", encoder);

   5:        

   6: // Add more to this buffer

   7: buffer.put((byte)10);