物联网的服务端设计(三)会话管理

2022-12-08 16:22:38 浏览数 (1)

会话管理

这次我们要搞的是给咱们的iot服务端增加一个会话管理,并定时打印一个关于连接情况的报表。创建一个会话管理类 SessionManager。首先我们创建两个Map对象,分别用来存储以channel为key的会话信息,和以devid为key的channel对象。第一个sessions对象主要是接收数据时可以通过chnanel找到具体的设备信息, 第二个channels对象是供下行数据包时可以通过设备ID查找到对应的channel对象。

这里还要考虑一个Map的实现类的问题,如果你的SessionInfo是大量不可变数据,比如连接后就不再进行变动就用HashMap实现就行。如果你的SessionInfo会存储大量需要变更的数据,比如每次上报都要变更 请使用 ConcurrentHashMap 来初始化。防止在多线程高并发操作时有脏数据的出现。另外HashMap的默认空间为16,当达到75%这个阈值时就会开始进行一次扩容。为了防止Map频繁扩容初始化时就要指定一个大小 大小为预估的你单服务器可承载客户端数量。

代码语言:javascript复制
    /**
     * 当前服务器预估的最大连接数
     */
    private static final int SERVER_CONNECT_NUM = 60000;

    /**
     * 存储会话,为了防止使用map时进行动态扩容,初始化时直接指定一个预估的单服务器连接数
     */
    private final Map<Channel, SessionInfo> sessions = new ConcurrentHashMap<>(SERVER_CONNECT_NUM);

    /**
     * 存储管道
     */
    private final Map<String, Channel> channels = new ConcurrentHashMap<>(SERVER_CONNECT_NUM);

接下来增加两个比较简单的成员方法,addSession和removeSession。这里我们增加了一个设置,当终端连接上来就会增加session,当终端发送login数据包时再补全session和增加channel对象。这样做的好处是可以通过使用session内的数据填充情况发现连接上来但不发登录包的终端。可以踢掉这样的终端防止恶意占用服务端连接数。

代码语言:javascript复制
    /**
     * 增加会话,当终端连接上来就进行注册。
     * 终端发送login包时再更新会话属性
     * @param channel 通道
     */
    public void addSession(Channel channel) {
        SessionInfo session = new SessionInfo();
        session.setChannel(channel);
        sessions.put(channel, session);
    }

    /**
     * 终端登录后补充会话信息,现时增加channel
     * @param channel channel
     * @param devId 设备ID
     * @param version 设备版本
     */
    public void setSession(Channel channel, String devId, String version){
        SessionInfo session = sessions.get(channel);
        session.setVersion(version);
        session.setDevId(devId);

        channels.put(devId, channel);
    }  

  /**
     * 移除会话,当终端断开时请求
     * @param channel channel
     */
    public void removeSession(Channel channel) {

        SessionInfo sessionInfo = this.getSession(channel);
        if(sessionInfo != null) {
            if(sessionInfo.getDevId() != null && !sessionInfo.getDevId().isEmpty()) {
                // 如果设备已经登录过,还需要同时移除channel
                sessions.remove(channel);
                channels.remove(sessionInfo.getDevId());
            } else {
                sessions.remove(channel);
            }
        }
    }

在回来解码器,准备处理发现连接时调用 addSession 方法前,还得考虑个问题。我们需要在 DecoderHandler 中使用 SessionManager 最简单的方式是 @Autowired。让Spring来帮我们管理, 但netty要求ChannelHandler是每个线程一份的,就算指定bean的scope是原型也无效。这里有三种解决方案

  1. 每次都是new的,但把需要依赖spring完成初始化的传参进去
  2. 使用一个ApplicationContextHolder工具类,在handler中通过applicationContext.getBean来获取
  3. 如果能保证线程安全的情况下 给ChannelHandler增加@Sharable注解

DecoderHandler 因为涉及边包半包的解包问题,我们采用第一种方案,后续的代码重构时会展示另外一种解决方案。

在 DecoderHandler 中我们覆写一下 channelRegistered 方法,当有新请求上来时会调用该方法。并在改方法内优化一下 ChannelConfig

代码语言:javascript复制
    /**
     * 构造方法用来接收 sessionManager 对象
     * @param sessionManager 会话管理
     */
    public DecoderHandler(SessionManager sessionManager){
        this.sessionManager = sessionManager;
    }

    /**
     * 当有客户端注册时调用
     * @param ctx ChannelHandlerContext
     */
    @Override
    public void channelRegistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ChannelConfig config = ctx.channel().config();
        DefaultSocketChannelConfig socketConfig = (DefaultSocketChannelConfig)config;
        // 此处三个参数决定 延迟情况
        // 连接时间 、往返延迟、 带宽。
        // 这三个参数设置的是权重
        // 因为我的连接会保持住 长连接不会频繁断开,所以 把连接时间权限设置的最低为0
        // 因为我们对往返延迟有一些容忍度,所以 第二参数是1
        // 对于带宽我们会有更大的需求,第三个参数设置为2 这就是目前的权重比
        // 延迟和带宽的性能是互斥的 , 延迟低 , 就意味着很小的包就要发送一次 , 其带宽就低了 , 延迟高了 , 每次积累很多数据才发送 , 其带宽就相应的提高了
        socketConfig.setPerformancePreferences(0,1,2);
        // NioSocketChannel在工作过程中,使用PooledByteBufAllocator来分配内存
        socketConfig.setAllocator(PooledByteBufAllocator.DEFAULT);
        super.channelRegistered(ctx);

        // 增加会话
        sessionManager.addSession(ctx.channel());
    }

打印会话状态

接下来我准备让服务端帮我们定时输出这样的一个报表。

代码语言:javascript复制
2022-07-18 14:34:12.190  INFO 41910 --- [ntLoopGroup-3-1] o.guohai.iot.handler.StatusPringHandler  : 
 --------- --------- ------------ ----------- ------------- --------------- ------------- --------------- 
| session | channel | main queue | log queue |   in pack   |    in byte    |   out pack  |    out byte   |
 --------- --------- ------------ ----------- ------------- --------------- ------------- --------------- 
|    4990 |    5034 |         -1 |         0 |       34433 |      23423412 |     1231211 |     123223322 |
 --------- --------- ------------ ----------- ------------- --------------- ------------- ---------------

EventLoop是事件循环对象实现了定时线程池的接口我们可以让我们的workerGroup组来帮我们做这件事。我们新建一个StatusPringHandler 类并实现Runnable接口中的run方法。

加到主方法里,给workerGroup增加一个定时器

代码语言:javascript复制
// 为worker组设置一个定时器,其中参数2为首次调用等待,参数3为之后每次调用间隔等待,参数4是时间单位
workerGroup.next().scheduleAtFixedRate(statusPringHandler,1, 60, TimeUnit.SECONDS);

空闲检测

在TCP的机制里面,本身是存在有心跳包的机制的,也就是TCP的选项:SO_KEEPALIVE。系统默认是设置的2小时的心跳频率。但是它检查不到机器断电、网线拔出、防火墙这些断线。我们还需要在业务层定时检测客户端是否有自定的数据包,如没有可能终端掉线,需要踢掉防止占用连接。

看下我们的 IdleCheckHandler 类,需要覆写下 ChannelDuplexHandler 的 userEventTriggered 方法:

代码语言:javascript复制
/**
 * 空闲检测器
 * 如果增加@Sharable注解,该类必须是线程安全的
 * @author guohai
 */
@Component
@ChannelHandler.Sharable
public class IdleCheckHandler extends ChannelDuplexHandler {
    /**
     * 日志
     */
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(StatusPringHandler.class);

    /**
     * 空闲会话检测
     * @param ctx 管道
     * @param evt 事件对象
     */
    @Override
    public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) {
        if (evt instanceof IdleStateEvent) {
            IdleStateEvent e = (IdleStateEvent) evt;
            if (e.state() == IdleState.READER_IDLE) {
                // TODO: 读空闲,准备断开客户端,测试阶段先不实现
                logger.debug("读空闲,准备断开客户端");
            } else if (e.state() == IdleState.WRITER_IDLE) {
                logger.debug("写空闲,下行一条心跳保持连接");
                // TODO: 下行数据先写死
                ctx.channel().writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("{"msgType": 20, "txNo": "1234567890123"}n", CharsetUtil.UTF_8));
            }
        }
    }
}
使用也比较简单,在initChannel方法里增加两个新的ChannelHandler:

  @Override
  public void initChannel(SocketChannel ch) {
    ch.pipeline()
        // 增加空闲检查器,规定读写各30秒没操作时触发
        .addLast(new IdleStateHandler(30,30,0))
        //自定义实现的空闲处理
        .addLast(idleCheckHandler);
  }

运行下,现在可以看到在控制台会定时打印程序运行状态的表格。同时在我们的连接终端也会定时收到心跳包。

本节 源码

下一章节我们将会实现

  1. 心跳协议包的处理
  2. main disruptor的工作,可以百万连接的最重要点

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