基于Netty与RabbitMQ的消息服务

Netty作为一个高性能的异步网络开发框架，可以作为各种服务的开发框架。

前段时间的一个项目涉及到硬件设备实时数据的采集，采用Netty作为采集服务的实现框架，同时使用RabbitMQ作为采集服务和各个其他模块的通信消息队列，整个服务框架图如下：

将业务代码和实际协议解析部分的代码抽离，得到以上一个简单的设计图，代码开源在GitHub上，简单介绍下NettyMQServer采集服务涉及到的几个关键技术点：

1、设备TCP消息解析：

NettyMQServer和采集设备Device之间采用TCP通信，TCP消息的解析可以使用LengthFieldBasedFrameDecoder（消息头和消息体），可以有效的解决TCP消息“粘包”问题。

消息包解析图如下：bytes length field at offset 0, do not strip header, the length field represents the length of the whole message

 lengthFieldOffset   =  0
 lengthFieldLength   =  2
 lengthAdjustment    = -2 (= the length of the Length field)
 initialBytesToStrip =  0

 BEFORE DECODE (14 bytes)         AFTER DECODE (14 bytes)
 +--------+----------------+      +--------+----------------+
 | Length | Actual Content |----->| Length | Actual Content |
 | 0x000E | "HELLO, WORLD" |      | 0x000E | "HELLO, WORLD" |
 +--------+----------------+      +--------+----------------+

代码中消息长度的存储采用了4个字节，采用LengthFieldBasedFrameDecoder(65535,0,4,-4,0)解码，Netty会从接收的数据中头4个字节中得到消息的长度，进而得到一个TCP消息包。

2、给设备发消息：

首先在连接创建时，要保留TCP的连接：

static final ChannelGroup channels = new DefaultChannelGroup(
            GlobalEventExecutor.INSTANCE);

    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        // A closed channel will be removed from ChannelGroup automatically
        channels.add(ctx.channel());
    }

在每次一个Channel Active（连接创建）的时候用ChannelGroup保存这个Channel连接，当需要给某个设备发消息的时候，可以遍历该ChannelGroup，找到对应的Channel，给该Channel发送消息：

for (io.netty.channel.Channel c : EchoServerHandler.channels) {
    ByteBuf msg = Unpooled.copiedBuffer(message.getBytes());
    c.writeAndFlush(msg);
}

这里是给所有的连接的设备都发。当连接断开的时候，ChannelGroup会自动remove掉这个连接，不需要我们手动管理。

3、心跳检测

当某个设备Device由于断电或是其他原因导致设备不正常无法采集数据，Netty服务端需要知道该设备是否在正常工作，可以使用Netty的IdleStateHandler，示例代码如下：

// 3 minutes for read idle
ch.pipeline().addLast(new IdleStateHandler(3*60,0,0));
ch.pipeline().addLast(new HeartBeatHandler());

/**
 * Handler implementation for heart beating.
 */
public class HeartBeatHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter{

    @Override
    public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt)
            throws Exception {
        if (evt instanceof IdleStateEvent) {
            IdleStateEvent event = (IdleStateEvent) evt;
            if (event.state() == IdleState.READER_IDLE) {
                // Read timeout
                System.out.println("READER_IDLE: read timeout from "+ctx.channel().remoteAddress());
                //ctx.disconnect(); //Channel disconnect
            }
        }
    }
}

上面设置3分钟没有读到数据，则触发一个READER_IDLE事件。

4、RabbitMQ消息接收与发送

NettyMQServer消息发送采用了Spring AMQP，只需要在配置文件中简单配置一下，就可以方便使用。

NettyMQServer消息接收同样可以采用Spring AMQP，但由于对Spring相关的配置不是很熟悉，为了更灵活的使用MQ，这里使用了RabbitMQ Client Java API来实现：

                    Connection connection = connnectionFactory.newConnection();
                    Channel channel = connection.createChannel();
                    channel.exchangeDeclare(exchangeName, "direct", true, false, null);
                    channel.queueDeclare(queueName, true, false, false, null);
                    channel.queueBind(queueName, exchangeName, routeKey);

                    // process the message one by one
                    channel.basicQos(1);

                    QueueingConsumer queueingConsumer = new QueueingConsumer(channel);
                    // auto-ack is false
                    channel.basicConsume(queueName, false, queueingConsumer);
                    while (true) {
                        QueueingConsumer.Delivery delivery = queueingConsumer.nextDelivery();
                        String message = new String(delivery.getBody());

                        log.debug("Mq Receiver get message");
                        // Send the message to all connected clients
                        // If you want to send to a specified client, just add
                        // your own logic and ack manually
                        // Be aware that ChannelGroup is thread safe
                        log.info(String.format("Conneted client number: %d",EchoServerHandler.channels.size()));
                        for (io.netty.channel.Channel c : EchoServerHandler.channels) {
                            ByteBuf msg = Unpooled.copiedBuffer(message.getBytes());
                            c.writeAndFlush(msg);
                        }
                        // manually ack to MQ server the message is consumed.
                        channel.basicAck(delivery.getEnvelope().getDeliveryTag(), false);

                    }

以上代码从一个Queue中读取数据，为了有效处理数据，防止异常数据丢失，使用了手动Ack。

RabbitMQ的使用方式：http://www.cnblogs.com/luxiaoxun/p/3918054.html

代码托管在GitHub上：https://github.com/luxiaoxun/Code4Java

参考：

http://netty.io/

http://netty.io/4.0/api/io/netty/handler/codec/LengthFieldBasedFrameDecoder.html

http://netty.io/4.0/api/io/netty/handler/timeout/IdleStateHandler.html