【消息队列开发】实现BrokerServer类——本体服务器

谁践踏了优雅 2024-04-17 10:55 82阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  ?前言
 *  ?创建 BrokerServer 类
 *  ?启动与停止服务器
 *  ?实现处理连接
 *  ?实现 readRequest 与 writeResponse
 *  ?实现处理请求
 *  ?实现 clearClosedSession
 *  ⭕总结

## ?前言 ##

本次开发任务

*  实现 BrokerServer 类，也就是咱们消息队列的本体服务器。

其实本质上就是一个 TCP 的服务器。  
![在这里插入图片描述][9864829423c545dd86fa2a4481b8662c.png]

## ?创建 BrokerServer 类 ##

创建 BrokerServer 类如下：

public class BrokerServer {
        
    	// 当前程序只考虑⼀个虚拟主机的情况.
    	private VirtualHost virtualHost = new VirtualHost("default-VirtualHost");
    	// key 为 channelId, value 为 channel 对应的 socket 对象.
    	private ConcurrentHashMap<String, Socket> sessions = new ConcurrentHashMap<>
    	private ServerSocket serverSocket;
    	private ExecutorService executorService;
    	private volatile boolean runnable = true;
    }

*  virtualHost表示服务器持有的虚拟主机.队列,交换机,绑定,消息都是通过虚拟主机管理.
 *  sessions ⽤来管理所有的客⼾端的连接. 记录每个客户端的 socket.
 *  serverSocket 是服务器自身的 socket
 *  executorService 这个线程池用来处理响应
 *  runnable 这个标志位用来控制服务器的运行停⽌

## ?启动与停止服务器 ##

代码实现如下：

public BrokerServer(int port) throws IOException {
        
        serverSocket = new ServerSocket(port);
    }
    
    public void start() throws IOException {
        
        System.out.println("[BrokerServer] 启动!");
        executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        try {
        
            while (runnable) {
        
                Socket clientSocket = serverSocket.accept();
                // 把处理连接的逻辑丢给这个线程池.
                executorService.submit(() -> {
        
                    processConnection(clientSocket);
                });
            }
        } catch (SocketException e) {
        
            System.out.println("[BrokerServer] 服务器停止运行!");
            // e.printStackTrace();
        }
    }
    
    // 一般来说停止服务器, 就是直接 kill 掉对应进程就行了.
    // 此处还是搞一个单独的停止方法. 主要是用于后续的单元测试.
    public void stop() throws IOException {
        
        runnable = false;
        // 把线程池中的任务都放弃了. 让线程都销毁.
        executorService.shutdownNow();
        serverSocket.close();
    }

## ?实现处理连接 ##

通过这个方法, 来处理一个客户端的连接.

我们使用 `InputStream` 与 `OutputStream`，由于后面要按照特定格式来读取并解析.

此时就需要用到 `DataInputStream` 和 `DataOutputStream`

在这一个连接中, 可能会涉及到多个请求和响应，我们使用一个`while(true)`来进行实现

在此循环我们要做的事情有三件：

1.  读取请求并解析
2.  根据请求计算响应
3.  把响应写回客户端

具体处理逻辑，我们后面再仔细实现，

那么我们怎么结束这个循环呢？

注意我们上面使用的是 `DataInputStream` 和 `DataOutputStream`，当没有数据进行读取的时候，就会进行抛出异常而结束循环

最后当连接处理完了, 就需要记得关闭 socket， 一个 TCP 连接中, 可能包含多个 channel. 需要把当前这个 socket 对应的所有 channel 也顺便清理掉.

代码实现如下：

// 通过这个方法, 来处理一个客户端的连接.
    // 在这一个连接中, 可能会涉及到多个请求和响应.
    private void processConnection(Socket clientSocket) {
        
        try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
             OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream()) {
        
            // 这里需要按照特定格式来读取并解析. 此时就需要用到 DataInputStream 和 DataOutputStream
            try (DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(inputStream);
                 DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(outputStream)) {
        
                while (true) {
        
                    // 1. 读取请求并解析.
                    Request request = readRequest(dataInputStream);
                    // 2. 根据请求计算响应
                    Response response = process(request, clientSocket);
                    // 3. 把响应写回给客户端
                    writeResponse(dataOutputStream, response);
                }
            }
        } catch (EOFException | SocketException e) {
        
            // 对于这个代码, DataInputStream 如果读到 EOF , 就会抛出一个 EOFException 异常.
            // 需要借助这个异常来结束循环
            System.out.println("[BrokerServer] connection 关闭! 客户端的地址: " + clientSocket.getInetAddress().toString()
                    + ":" + clientSocket.getPort());
        } catch (IOException | ClassNotFoundException | MqException e) {
        
            System.out.println("[BrokerServer] connection 出现异常!");
            e.printStackTrace();
        } finally {
        
            try {
        
                // 当连接处理完了, 就需要记得关闭 socket
                clientSocket.close();
                // 一个 TCP 连接中, 可能包含多个 channel. 需要把当前这个 socket 对应的所有 channel 也顺便清理掉.
                clearClosedSession(clientSocket);
            } catch (IOException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

## ?实现 readRequest 与 writeResponse ##

![在这里插入图片描述][3d52503df60544649801da712d217b52.png]

关于读取请求，我们前面定义了一个类为 Request ，此时我们构造相应的对象，并对该对象相应属性进行填充即可。

代码实现如下：

private Request readRequest(DataInputStream dataInputStream) throws IOException {
        
        Request request = new Request();
        request.setType(dataInputStream.readInt());
        request.setLength(dataInputStream.readInt());
        byte[] payload = new byte[request.getLength()];
        int n = dataInputStream.read(payload);
        if (n != request.getLength()) {
        
            throw new IOException("读取请求格式出错!");
        }
        request.setPayload(payload);
        return request;
    }

关于响应，实现相反，传入的 响应对象 相应的属性返回即可。

最后不要忘了刷新缓冲区

代码实现如下：

private void writeResponse(DataOutputStream dataOutputStream, Response response) throws IOException {
        
        dataOutputStream.writeInt(response.getType());
        dataOutputStream.writeInt(response.getLength());
        dataOutputStream.write(response.getPayload());
        // 这个刷新缓冲区也是重要的操作!!
        dataOutputStream.flush();
    }

## ?实现处理请求 ##

先把请求转换成 BaseArguments , 获取到其中的 channelId 和 rid

再根据不同的 type, 分别处理不同的逻辑. (主要是调用virtualHost中不同的方法).  
![在这里插入图片描述][d0add629752f455cb980c39f77ca99bd.png]

针对消息订阅操作,则需要在存在消息的时候通过回调,把响应结果写回给对应的客⼾端.

最后构造成统⼀的响应.

代码实现如下：

private Response process(Request request, Socket clientSocket) throws IOException, ClassNotFoundException, MqException {
        
        // 1. 把 request 中的 payload 做一个初步的解析.
        BasicArguments basicArguments = (BasicArguments) BinaryTool.fromBytes(request.getPayload());
        System.out.println("[Request] rid=" + basicArguments.getRid() + ", channelId=" + basicArguments.getChannelId()
                + ", type=" + request.getType() + ", length=" + request.getLength());
        // 2. 根据 type 的值, 来进一步区分接下来这次请求要干啥.
        boolean ok = true;
        if (request.getType() == 0x1) {
        
            // 创建 channel
            sessions.put(basicArguments.getChannelId(), clientSocket);
            System.out.println("[BrokerServer] 创建 channel 完成! channelId=" + basicArguments.getChannelId());
        } else if (request.getType() == 0x2) {
        
            // 销毁 channel
            sessions.remove(basicArguments.getChannelId());
            System.out.println("[BrokerServer] 销毁 channel 完成! channelId=" + basicArguments.getChannelId());
        } else if (request.getType() == 0x3) {
        
            // 创建交换机. 此时 payload 就是 ExchangeDeclareArguments 对象了.
            ExchangeDeclareArguments arguments = (ExchangeDeclareArguments) basicArguments;
            ok = virtualHost.exchangeDeclare(arguments.getExchangeName(), arguments.getExchangeType(),
                    arguments.isDurable(), arguments.isAutoDelete(), arguments.getArguments());
        } else if (request.getType() == 0x4) {
        
            ExchangeDeleteArguments arguments = (ExchangeDeleteArguments) basicArguments;
            ok = virtualHost.exchangeDelete(arguments.getExchangeName());
        } else if (request.getType() == 0x5) {
        
            QueueDeclareArguments arguments = (QueueDeclareArguments) basicArguments;
            ok = virtualHost.queueDeclare(arguments.getQueueName(), arguments.isDurable(),
                    arguments.isExclusive(), arguments.isAutoDelete(), arguments.getArguments());
        } else if (request.getType() == 0x6) {
        
            QueueDeleteArguments arguments = (QueueDeleteArguments) basicArguments;
            ok = virtualHost.queueDelete((arguments.getQueueName()));
        } else if (request.getType() == 0x7) {
        
            QueueBindArguments arguments = (QueueBindArguments) basicArguments;
            ok = virtualHost.queueBind(arguments.getQueueName(), arguments.getExchangeName(), arguments.getBindingKey());
        } else if (request.getType() == 0x8) {
        
            QueueUnbindArguments arguments = (QueueUnbindArguments) basicArguments;
            ok = virtualHost.queueUnbind(arguments.getQueueName(), arguments.getExchangeName());
        } else if (request.getType() == 0x9) {
        
            BasicPublishArguments arguments = (BasicPublishArguments) basicArguments;
            ok = virtualHost.basicPublish(arguments.getExchangeName(), arguments.getRoutingKey(),
                    arguments.getBasicProperties(), arguments.getBody());
        } else if (request.getType() == 0xa) {
        
            BasicConsumeArguments arguments = (BasicConsumeArguments) basicArguments;
            ok = virtualHost.basicConsume(arguments.getConsumerTag(), arguments.getQueueName(), arguments.isAutoAck(),
                    new Consumer() {
        
                        // 这个回调函数要做的工作, 就是把服务器收到的消息可以直接推送回对应的消费者客户端
                        @Override
                        public void handleDelivery(String consumerTag, BasicProperties basicProperties, byte[] body) throws MqException, IOException {
        
                            // 先知道当前这个收到的消息, 要发给哪个客户端.
                            // 此处 consumerTag 其实是 channelId. 根据 channelId 去 sessions 中查询, 就可以得到对应的
                            // socket 对象了, 从而可以往里面发送数据了
                            // 1. 根据 channelId 找到 socket 对象
                            Socket clientSocket = sessions.get(consumerTag);
                            if (clientSocket == null || clientSocket.isClosed()) {
        
                                throw new MqException("[BrokerServer] 订阅消息的客户端已经关闭!");
                            }
                            // 2. 构造响应数据
                            SubScribeReturns subScribeReturns = new SubScribeReturns();
                            subScribeReturns.setChannelId(consumerTag);
                            subScribeReturns.setRid(""); // 由于这里只有响应, 没有请求, 不需要去对应. rid 暂时不需要.
                            subScribeReturns.setOk(true);
                            subScribeReturns.setConsumerTag(consumerTag);
                            subScribeReturns.setBasicProperties(basicProperties);
                            subScribeReturns.setBody(body);
                            byte[] payload = BinaryTool.toBytes(subScribeReturns);
                            Response response = new Response();
                            // 0xc 表示服务器给消费者客户端推送的消息数据.
                            response.setType(0xc);
                            // response 的 payload 就是一个 SubScribeReturns
                            response.setLength(payload.length);
                            response.setPayload(payload);
                            // 3. 把数据写回给客户端.
                            //    注意! 此处的 dataOutputStream 这个对象不能 close !!!
                            //    如果 把 dataOutputStream 关闭, 就会直接把 clientSocket 里的 outputStream 也关了.
                            //    此时就无法继续往 socket 中写入后续数据了.
                            DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(clientSocket.getOutputStream());
                            writeResponse(dataOutputStream, response);
                        }
                    });
        } else if (request.getType() == 0xb) {
        
            // 调用 basicAck 确认消息.
            BasicAckArguments arguments = (BasicAckArguments) basicArguments;
            ok = virtualHost.basicAck(arguments.getQueueName(), arguments.getMessageId());
        } else {
        
            // 当前的 type 是非法的.
            throw new MqException("[BrokerServer] 未知的 type! type=" + request.getType());
        }
        // 3. 构造响应
        BasicReturns basicReturns = new BasicReturns();
        basicReturns.setChannelId(basicArguments.getChannelId());
        basicReturns.setRid(basicArguments.getRid());
        basicReturns.setOk(ok);
        byte[] payload = BinaryTool.toBytes(basicReturns);
        Response response = new Response();
        response.setType(request.getType());
        response.setLength(payload.length);
        response.setPayload(payload);
        System.out.println("[Response] rid=" + basicReturns.getRid() + ", channelId=" + basicReturns.getChannelId()
                + ", type=" + response.getType() + ", length=" + response.getLength());
        return response;
    }

## ?实现 clearClosedSession ##

这里要做的事情, 主要就是遍历上述 sessions hash 表, 把该被关闭的 socket 对应的键值对, 统统删掉

需要注意的是：

*  我们在进行迭代的时候，不要直接删除，这样会影响集合类的结构

代码实现如下：

private void clearClosedSession(Socket clientSocket) {
        
        // 这里要做的事情, 主要就是遍历上述 sessions hash 表, 把该被关闭的 socket 对应的键值对, 统统删掉.
        List<String> toDeleteChannelId = new ArrayList<>();
        for (Map.Entry<String, Socket> entry : sessions.entrySet()) {
        
            if (entry.getValue() == clientSocket) {
        
                // 不能在这里直接删除!!!
                // 这属于使用集合类的一个大忌!!! 一边遍历, 一边删除!!!
                // sessions.remove(entry.getKey());
                toDeleteChannelId.add(entry.getKey());
            }
        }
        for (String channelId : toDeleteChannelId) {
        
            sessions.remove(channelId);
        }
        System.out.println("[BrokerServer] 清理 session 完成! 被清理的 channelId=" + toDeleteChannelId);
    }

## ⭕总结 ##

关于《【消息队列开发】 实现BrokerServer类——本体服务器》就讲解到这儿，感谢大家的支持，欢迎各位留言交流以及批评指正，如果文章对您有帮助或者觉得作者写的还不错可以点一下关注，点赞，收藏支持一下

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