面试题：网络编程之Netty自定义协议实现

Question

假设要设计一个基于Netty的自定义网络协议，用于实现可靠的文件传输。请阐述该自定义协议设计的关键要素，以及如何利用Netty的编解码器来实现这个协议。

Answer 1

自定义协议设计关键要素

1. 消息头：
   • 魔数：用于标识该协议，可防止误解析，例如设置一个固定的4字节魔数0x12345678。
   • 版本号：便于协议升级，1字节表示版本，如0x01代表第1版。
   • 消息长度：4字节，记录整个消息（包括头和体）的长度，方便接收端按长度读取完整消息。
   • 序列号：4字节，用于标识消息顺序，在文件传输中可用于重组分片。
2. 消息体：
   • 文件名：以字符串形式，长度可变，需有长度前缀指明文件名长度。
   • 文件内容：二进制数据，长度由消息头中的消息长度减去消息头长度得到。
3. 可靠性机制：
   • 确认机制：发送方发送消息后等待接收方的确认（ACK），若超时未收到则重发。
   • 重传机制：采用定时器，记录消息发送时间，超时未收到ACK则重发，重发次数可设上限。
   • 顺序控制：通过序列号保证消息按序接收和处理，接收方缓存乱序消息，按序列号重组。

利用Netty编解码器实现协议

1. 编码器（Encoder）：
   • 继承MessageToByteEncoder类。
   • 在encode方法中，先写入消息头：魔数、版本号、消息长度（先预留4字节位置，后续填充）、序列号。
   • 接着写入消息体，先写入文件名长度，再写入文件名，最后写入文件内容。
   • 填充消息头中预留的消息长度字段。
2. 解码器（Decoder）：
   • 继承ByteToMessageDecoder类。
   • 在decode方法中，首先检查字节数是否够读取消息头（魔数4字节 + 版本号1字节 + 消息长度4字节 + 序列号4字节 = 13字节），不够则返回。
   • 读取消息头，解析出消息长度。
   • 检查剩余字节数是否够读取消息体，不够则返回。
   • 读取消息体，先读取文件名长度，再按长度读取文件名，最后读取文件内容。
   • 将解析后的消息封装成自定义的消息对象添加到out列表中。