最近用Java的New IO開發了一套簡單的網絡協議，在這裡我把開發中的一些心得整理一下，總結出一套簡單的可以重用的網絡協議開發框架，希望能夠給初學者一點幫助。
網絡協議基本的通訊單位是一個一個的消息包。在用socket傳輸這些包的時，首先要解決的一個問題是如何解決包與包之間的邊界問題。socket傳輸的是流，一個send中發出的消息，在對方不一定在一個recv中收到，可能要多次recv，或者一個recv收到多個send中放出的包。所以必須由應用層協議自己來解決包的定界問題。通常有兩種方法，一種是每個包以一個特殊的字符或者字符串來結束，如http協議就是以兩個'\n'作為一個消息的結束標記；另一種方法就是，所有的消息都有一個固定長度的消息頭，在消息頭中指出這條消息的長度。我們的協議是采用第二種方法，這也是大部分協議采用的方法。本文提出的框架也是解決這種協議方式的。
Java的New IO是在J2SE1.4引入的，主要引入了Buffer這樣的概念，發送接受數據都是在Buffer上進行，而對於初學者，Buffer的操作是比較復雜的，容易出錯。所以在這個框架中盡可能的把對於Buffer的操作封裝起來。
框架主要有MessageHeader, Message, MessageFactory三個接口，兩個類MessageChannel, BufferUtil，以及一個異常類MessageFormatException構成。下面說明這幾個接口和類的功能。
1. MessageHeader接口
在這樣一套網絡協議中，總是有一個固定長度的消息頭，不同的協議有不同的消息頭，但是幾乎所有的消息頭都定義了本消息的長度和本消息的類型。類型用於識別不同的消息包。類型相同的包，格式都是一樣的，可以用同一個Java的class來表達。類型不同的包，格式可能相同也可能不同，依賴於協議。接口定義如下：
public interface MessageHeader {
/**
* 返回消息類型
*/
int getMessageType();
/**
* 返回消息長度
*/
int getMessageLength();
/**
* 從Buffer中提取消息頭
*/
void buildFromBuffer(ByteBuffer buffer);
/**
* 把消息頭放到Buffer中
*/
void appendToBuffer(ByteBuffer buffer);
}
2. Message接口
Message代表一個消息包。每個消息包有一個消息頭。其定義如下：
public interface Message {
/**
* 設置消息頭，在MessageChannel.receive中調用
*/
void setHeader(MessageHeader header);
/**
* 返回消息頭
*/
MessageHeader getHeader();
/**
* 從Buffer中取出消息體
*/
void buildBodyFromBuffer(ByteBuffer buffer);
/**
* 把消息體放到Buffer中
*/
void appendBodyToBuffer(ByteBuffer buffer);
}
3. MessageFactory接口
這個接口封裝了所有真正的用於表達消息的類的創建，在MessageChannel的receive中調用。這裡用了抽象工廠模式。其定義如下：
public interface MessageFactory {
/**
* 返回消息頭的字節數
*/
int getMessageHeaderLength();
/**
* 創建一個消息頭對象
*/
MessageHeader createMessageHeader();
/**
* 創建一個消息對象
* @param type 消息類型，從消息頭中取得
*/
Message createMessage(int type);
}
4. MessageChannel類
主要功能都在這個類中，用於發送和接收消息，並封裝了所有對於Buffer的操作。
class MessageChannel {
/**
* 構造方法，要求指明發送緩沖區和接收緩沖區的大小
*/
public MessageChannel(int receiveBufferSize,
int sendBufferSize,
SocketChannel sc,
MessageFactory mf);
/**
* 接收一條消息，當消息不完整、收到的消息長度太大（超過接收緩沖區大小）或者不能通過MessageFactory創建的消息類型時時拋出MessageFormatException。
*/
public Message receive() throws IOException, MessageFormatException;
/**
* 發送一條消息
*/
public void send(Message message) throws IOException;
}
5. BufferUtil類
這是一個Utility類，主要功能是從ByteBuffer中取得或者放入一個字符串String，不同的協議有不同的字符串處理方法。
class BufferUtil {
/**
* 從buffer取得一個字符串，length為長度
*/
static String getString(ByteBuffer buffer, int length);
/**
* 從buffer取得一個以'\0'結束的字符串，length為最大長度
*/
static String getCString(ByteBuffer buffer, int length);
/**
* 從buffer取得一個變長的字符串，長度用兩字節的short類型表示
*/
static String getVarStringShortLength(ByteBuffer buffer);
/**
* 從buffer取得一個變長的字符串，長度用四字節的int類型表示
*/
static String getVarStringIntLength(ByteBuffer buffer);
/**
* 從buffer取得一個變長的字符串，長度用一字節的byte表示
*/
static String getVarStringByteLength();
/**
* 在buffer中放入一個字符串，length為長度
*/
static void putString(ByteBuffer buffer, String str, int length);
/**
* 在buffer中放入一個字符串，length為最大長度。如果str沒有達到最大長度，那麼用0填充。
*/
static void putCString(ByteBuffer buffer, String str, int length);
/**
* 在buffer中放入一個字符串，長度用一個short表示
*/
static void putVarStringShortLength(ByteBuffer buffer);
/**
* 在buffer中放入一個字符串，長度用一個int表示
*/
static void putVarStringIntLength(ByteBuffer buffer);
/**
* 在buffer中放入一個字符串，長度用一個byte表示
*/
static void putVarStringByteLength(ByteBuffer buffer);
}
目前，這個類沒有考慮編碼方式，可以對這個類進行擴充。
在這個框架中，Message.receive是最復雜的部分，下面對該過程的流程進行說明：
(1) 根據MessageFactory.getMessageHeaderLength()返回的消息頭長度，接收消息頭。
(2) 用MessageFactory.createMessageHeader() 構造消息頭，並調用MessageHeader.buildFromBuffer()取得消息頭數據。
(3) 根據消息頭中的信息，接收消息體
(4) 構造消息，並調用Message.buildBodyFromBuffer()取得消息體數據。
(5) 調用Message.setHeader()。
(6) 返回構造的消息。
這其中有一個步驟出錯，將拋出MessageFormatException。
