摘要：本文仍以該實例為例，探討該自定義通信協議的具體工作流程，以及如何以注冊的形式靈活插拔通信消息對象。進行二進制數據幀的解碼操作時，數據幀中已包含了消息的功能位，據此可獲取相應的編解碼器，而后可以對該數據幀進行解析，生成相應的消息對象。

本文為該系列的第三篇文章，設計需求為：服務端程序和眾多客戶端程序通過 TCP 協議進行通信，通信雙方需通信的消息種類眾多。上一篇文章以一個具體的需求為例，探討了指定的 Java 消息對象與其相應的二進制數據幀相互轉換的方法。本文仍以該實例為例，探討該自定義通信協議的具體工作流程，以及如何以注冊的形式靈活插拔通信消息對象。

通過該系列的第二篇文章可知，各個消息對象的編解碼器類均擁有一個靜態工廠方法，用于手動傳入功能位及功能文字描述，進而生成包含這些參數的編解碼器。如此設計，使得所有消息的功能位和文字描述均能夠統一管理，降低維護成本。

根據上述需求，可通過 Map 容器管理所有的編解碼器，有如下優點：

進行消息對象生成操作時，可直接使用相應編解碼器的消息對象靜態創建方法。

進行消息對象的編碼操作時，已擁有該 Java 消息對象，即可知道消息對象的功能位，據此可獲取相應的編解碼器；或者，每個 Java 消息對象均內含相應編解碼器的引用，故可直接對該消息對象進行編碼操作。

進行二進制數據幀的解碼操作時，數據幀中已包含了消息的功能位，據此可獲取相應的編解碼器，而后可以對該數據幀進行解析，生成相應的 Java 消息對象。

通信消息對象注冊方法如下所示：

/**
 * 消息對象的注冊
 *
 * @param toolkit 消息對象編解碼器容器的工具類
 */
private void initialMsg() {
    saveNormalMsgCodec(new MsgCodecDeviceUnlock(0x10, 0x11, "客戶端解鎖"));
    saveNormalMsgCodec(new MsgCodecDeviceClear(0x10, 0x13, "客戶端初始化"));
    saveNormalMsgCodec(new MsgCodecDeviceId(0x10, 0x1B, "客戶端ID設置"));
    saveNormalMsgCodec(new MsgCodecEmployeeName(0x10, 0x1C, "客戶端別名設置"));
    ... ...
}

/**
 * 將普通消息對象及其回復消息對象的編解碼器均保存到 HashMap 中
 *
 * @param baseMsgCodec 特定的消息對象編解碼器
 */
private void saveNormalMsgCodec(BaseMsgCodec baseMsgCodec) {
    saveSpecialMsgCodec(baseMsgCodec);
    baseMsgCodec = new MsgCodecReplyNormal(baseMsgCodec.getMajorMsgId() + 0x10, baseMsgCodec.getSubMsgId(), baseMsgCodec.getDetail());
    saveSpecialMsgCodec(baseMsgCodec);
}

/**
 * 將消息對象的編解碼器保存到 HashMap 中
 *
 * @param baseMsgCodec 特定的編解碼器
 */
private void saveSpecialMsgCodec(BaseMsgCodec baseMsgCodec) {
    HASH_MAP.put(figureFrameId(baseMsgCodec.getMajorMsgId(), baseMsgCodec.getSubMsgId()), baseMsgCodec);
}

上述代碼表明，如果有新的業務需求，需要增刪「插拔」業務消息對象，只需在 initialMsg() 方法中，對相應編解碼器的注冊語句進行增刪即可。

saveNormalMsgCodec(BaseMsgCodec) 方法可以同時注冊特定業務消息對象及其通用回復消息對象，操作方法清晰、簡潔。

所以，在啟動該 Java 程序時，只需要在啟動過程中，執行上述 initialMsg() 方法，即可完成所有業務消息對象的注冊。

由該系列的第一篇文章可知，如果某二進制數據幀所要傳輸的數據體部分內容很少，導致一個幀的大部分容量均被幀頭占據，導致有效數據的占比很小，這就產生了巨大的浪費，故數據幀的數據體部分由子幀組成，同一類子幀均可被組裝進同一個數據幀。如此做法，整個通信鏈路的數據量會明顯減少，IO 負擔也會因此減輕。

該需求的實現原理如下所示：

/**
 * 啟動一個Channel的定時任務，用于間隔指定的時間對消息隊列進行輪詢，并發送指定數據幀
 *
 * @param deque     指定的消息發送隊列
 * @param channelId 指定 Channel 的序號
 */
private void startMessageQueueTask(LinkedBlockingDeque deque, Integer channelId) {
    executorService.scheduleWithFixedDelay(() -> {
        try {
            BaseMsg baseMsg = deque.take();         // 從隊列中取出一個消息對象，隊列為空時阻塞
            Thread.sleep(AWAKE_TO_PROCESS_INTERVAL);// 等待極短的時間，保證隊列中緩存盡可能多的對象
            Channel channel = touchChannel(channelId); // 獲取指定的待發送的 Channel
            List dataList = new ArrayList<>();// 子幀容器
            ByteBuf data = baseMsg.subFrameEncode(channel.alloc().buffer());// 編碼一個子幀
            dataList.add(data);
            touchNeedReplyMsg(baseMsg);            // 對該子幀設置檢錯重發任務
            int length = data.readableBytes();
            int flag = baseMsg.combineFrameFlag(); // 獲取消息對象標識
            while (true) {
                BaseMsg subMsg = deque.peek();     // 查看隊列中的第一個消息對象
                if (subMsg == null || subMsg.combineFrameFlag() != flag) {
                    break; // 消息對象標識不同，即欲生成的主幀幀頭不同，不能組合進同一主幀
                }
                data = subMsg.subFrameEncode(channel.alloc().buffer());
                if (length + data.readableBytes() > FrameSetting.MAX_DATA_LENGTH) {
                    break;
                }
                length += data.readableBytes();
                dataList.add(data);                // 組合進了同一主幀
                deque.poll();                      // 從隊列中移除該消息對象
                touchNeedReplyMsg(subMsg);
            }
            FrameMajorHeader frameHeader = new FrameMajorHeader(
                    baseMsg.getMajorMsgId(),
                    baseMsg.getGroupId(),
                    baseMsg.getDeviceId(),
                    length);                       // 生成主幀幀頭消息對象
            channel.writeAndFlush(new SendableMsgContainer(frameHeader, dataList)); // 送入Channel進行發送
        } catch (InterruptedException e) {
            logger.warn("消息隊列定時發送任務被中斷");
        }
    }, channelId, CommSetting.FRAME_SEND_INTERVAL, TimeUnit.MILLISECONDS);
}

由代碼可知，待發送的消息對象均被送入指定的發送隊列進行緩存，某客戶端相應的線程對隊列進行操作，取出消息對象并進行編碼、組裝、發送等。當然，當客戶端數量較多時，上述的線程實現方式可采用 Netty 的 NIO 方式進行優化，以降低系統開銷。

由上述描述可知，欲發送一個消息對象，只需將該消息對象送入相應的發送隊列即可。

由于每個 Java 消息對象均內含相應編解碼器的引用，故可直接對該消息對象進行編碼操作，代碼如下：

public abstract class BaseMsg implements Cloneable {
    private final BaseMsgCodec msgCodec;
    ... ...

    /**
     * 將 java 消息對象編碼為 TCP 子幀
     *
     * @param buffer 空白的 TCP 子幀的容器
     * @return 保存有 TCP 子幀的容器
     */
    public ByteBuf subFrameEncode(ByteBuf buffer) {
        return msgCodec.code(this, buffer);
    }
}

首先根據數據幀的幀頭，即可解析出 FrameMajorHeader 對象，然后即可調用如下方法完成子幀的解析工作。實現原理文章開頭已指出。

/**
 * TCP 幀解碼為 Java 消息對象
 *
 * @param head     主幀頭
 * @param subMsgId 子幀功能位
 * @param data     子幀數據
 * @return 已解碼的 Java 對象
 */
public BaseMsg decode(FrameMajorHeader head, int subMsgId, byte[] data) {
    BaseMsgCodec msgCodec = MsgCodecToolkit.getMsgCodec(head.getMsgId(), subMsgId);
    return msgCodec.decode(head.getGroupId(), head.getDeviceId(), data);
}