websocket与下位机通过netty方式通信传输行为信息

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前言介绍

在物联网开发中，常常需要通过网页端来控制设备，包括；获取信息、执行操作、启动停止等，就像我们在手机上会控制家里的小米盒子、路由器、电饭煲或者在线养狗等一些设备一样。在这里所有的下层设备都可以通过socket通信链接到服务端，而用户一端在通过http链接或者websocket链接到服务端，通过发送和接收数据来做出相应的行为操作。如下图；

案例目标

本章节整合Springboot+Netty，通过部署nettySocket与webSocket两套服务端，来接收转发行为消息。
客户端采用js链接websocket，用于接收服务端反馈与发送指令，用于获取下位机信息。
在test中启动一个模拟下位机，用于反馈信息数据。在真实开发中下位机与服务端通信通常是定义好的字节码，需要自己编写解码器。

环境准备

jdk 1.8.0
IntelliJ IDEA Community Edition 2018.3.1 x64
Netty 4.1.36.Final

代码示例

itstack-demo-netty-3-01
└── src├── main│   ├── java│   │   └── org.itstack.demo.ark│   │       ├── domain│   │       │  ├── msgobj│   │       │ │   ├── Feedback.java│   │       │  │   ├── QueryInfoReq.java│   │       │  │   └── Text.java│   │       │  ├── Device.java│   │       │    ├── EasyResult.java │   │       │   ├── InfoProtocol.java│   │       │  └── ServerInfo.java │   │       ├── server│   │       │ ├── socket│   │       │ │   ├── MyChannelInitializer.java│   │       │  │   ├── MyServerHandler.java│   │       │   │   └── NettyServer.java    │   │       │   └── websocket│   │       │      ├── MyWsChannelInitializer.java│   │       │        ├── MyWsServerHandler.java│   │       │     └── WsNettyServer.java│   │       ├── util│   │       │ ├── CacheUtil.java│   │       │ ├── MsgUtil.java│   │       │   └── MsgUtil.java│   │       ├── web│   │       │    └── NettyController.java    │   │       └── Application.java│   └── resources   │   │   └── application.yml│   └── webapp│       ├── arkWs│       │ ├── js│       │ │   └── ws.js   │       │   └── arkWsControlCenter.html │       ├── res     │       └── WEB-INF│            └── index.jsp   │└── test└── java└── org.itstack.demo.test└── ApiTest.java

演示部分重点代码块，完整代码下载关注公众号；bugstack虫洞栈，回复Netty案例

server/socket/MyServerHandler.java & socket数据处理

当有下位机链接服务端时，构建下位机信息，实际使用可以通过注册方式进行链接验证。
当收到下位机信息后转发到websocket端，使网页端收到下位机信息反馈

public class MyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(MyServerHandler.class);/*** 当客户端主动链接服务端的链接后，这个通道就是活跃的了。也就是客户端与服务端建立了通信通道并且可以传输数据*/@Overridepublic void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {SocketChannel channel = (SocketChannel) ctx.channel();String channelId = channel.id().toString();System.out.println("链接报告开始");System.out.println("链接报告信息：有一客户端链接到本服务端。channelId：" + channelId);System.out.println("链接报告IP:" + channel.localAddress().getHostString());System.out.println("链接报告Port:" + channel.localAddress().getPort());System.out.println("链接报告完毕");//构建设备信息｛下位机、中继器、IO板卡｝Device device = new Device();device.setChannelId(channelId);device.setNumber(UUID.randomUUID().toString());device.setIp(channel.remoteAddress().getHostString());device.setPort(channel.remoteAddress().getPort());device.setConnectTime(new Date());//添加设备信息deviceGroup.put(channelId, device);CacheUtil.cacheClientChannel.put(channelId, channel);}@Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object objMsgJsonStr) throws Exception {//接收设备发来信息System.out.println(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()) + " 接收到消息内容：" + objMsgJsonStr);//转发消息到WsCacheUtil.wsChannelGroup.writeAndFlush(new TextWebSocketFrame(objMsgJsonStr.toString()));}}

server/websocket/MyWsServerHandler.java & websocket数据处理

websocket数据需要转换后使用，可以支持文本消息，本案例中使用json字符串，方便对象传输
channelRead转发数据，当收到数据后发送给下位机，主要通过内容中channel控制

public class MyWsServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {@Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {...//wsif (msg instanceof WebSocketFrame) {WebSocketFrame webSocketFrame = (WebSocketFrame) msg;//关闭请求if (webSocketFrame instanceof CloseWebSocketFrame) {handshaker.close(ctx.channel(), (CloseWebSocketFrame) webSocketFrame.retain());return;}//ping请求if (webSocketFrame instanceof PingWebSocketFrame) {ctx.channel().write(new PongWebSocketFrame(webSocketFrame.content().retain()));return;}//只支持文本格式，不支持二进制消息if (!(webSocketFrame instanceof TextWebSocketFrame)) {throw new Exception("仅支持文本格式");}String request = ((TextWebSocketFrame) webSocketFrame).text();System.out.println("服务端收到：" + request);InfoProtocol infoProtocol = JSON.parseObject(request, InfoProtocol.class);//socket转发消息String channelId = infoProtocol.getChannelId();Channel channel = CacheUtil.cacheClientChannel.get(channelId);if (null == channel) return;channel.writeAndFlush(MsgUtil.buildMsg(infoProtocol));//websocket消息反馈发送成功ctx.writeAndFlush(MsgUtil.buildWsMsgText(ctx.channel().id().toString(), "向下位机传达消息success！"));}}}

web/NettyController.java & 控制层方便获取服务端信息

控制层提供了查询服务列表、链接设备信息、以及主动触发信息发送
另外如果需要将服务端的启动关闭进行手动控制，可以在这里面提供方法供调用

@Controller
public class NettyController {private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(NettyController.class);@RequestMapping("/index")public String index() {return "index";}@RequestMapping("/queryNettyServerList")@ResponseBodypublic Collection<ServerInfo> queryNettyServerList() {try {Collection<ServerInfo> serverInfos = CacheUtil.serverInfoMap.values();logger.info("查询服务端列表。{}", JSON.toJSONString(serverInfos));return serverInfos;} catch (Exception e) {logger.info("查询服务端列表失败。", e);return null;}}@RequestMapping("/queryDeviceList")@ResponseBodypublic Collection<Device> queryDeviceList() {try {Collection<Device> deviceInfos = CacheUtil.deviceGroup.values();logger.info("查询设备链接列表。{}", JSON.toJSONString(deviceInfos));return deviceInfos;} catch (Exception e) {logger.info("查询设备链接列表失败。", e);return null;}}@RequestMapping("/doSendMsg")@ResponseBodypublic EasyResult doSendMsg(String reqStr) {try {logger.info("向设备发送信息[可以通过另外一个Web服务调用本接口发送信息]：{}", reqStr);InfoProtocol infoProtocol = MsgUtil.getMsg(reqStr);String channelId = infoProtocol.getChannelId();Channel channel = CacheUtil.cacheClientChannel.get(channelId);channel.writeAndFlush(MsgUtil.buildMsg(infoProtocol));return EasyResult.buildSuccessResult();} catch (Exception e) {logger.error("向设备发送信息失败：{}", reqStr, e);return EasyResult.buildErrResult(e);}}}

Application.java & 启动层

通过继承CommandLineRunner方法，在服务就绪后启动socket服务
启动后需要循环验证是否启动完成

@SpringBootApplication
@ComponentScan("org.itstack.demo.ark")
public class Application implements CommandLineRunner {private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(Application.class);@Value("${netty.socket.port}")private int nettyServerPort;@Value("${netty.websocket.port}")private int nettyWsServerPort;//默认线程池private static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(Application.class, args);}@Overridepublic void run(String... args) throws Exception {//启动NettyServer-socketlogger.info("启动NettyServer服务，启动端口：{}", nettyServerPort);NettyServer nettyServer = new NettyServer(new InetSocketAddress(nettyServerPort));Future<Channel> future = executorService.submit(nettyServer);Channel channel = future.get();if (null == channel) {throw new RuntimeException("netty server-s open error channel is null");}while (!channel.isActive()) {logger.info("启动NettyServer服务，循环等待启动...");Thread.sleep(500);}logger.info("启动NettyServer服务，完成：{}", channel.localAddress());CacheUtil.serverInfoMap.put(nettyServerPort, new ServerInfo("NettySocket", NetUtil.getHost(), nettyServerPort, new Date()));//启动NettyServer-websocketlogger.info("启动NettyWsServer服务，启动端口：{}", nettyWsServerPort);WsNettyServer wsNettyServer = new WsNettyServer(new InetSocketAddress(nettyWsServerPort));Future<Channel> wsFuture = executorService.submit(wsNettyServer);Channel wsChannel = wsFuture.get();if (null == wsChannel) {throw new RuntimeException("netty server-ws open error channel is null");}while (!wsChannel.isActive()) {logger.info("启动NettyWsServer服务，循环等待启动...");Thread.sleep(500);}logger.info("启动NettyWsServer服务，完成：{}", wsChannel.localAddress());CacheUtil.serverInfoMap.put(nettyServerPort, new ServerInfo("NettyWsSocket", NetUtil.getHost(), nettyServerPort, new Date()));}}

webapp/arkWs/js/ws.js & 链接websocket服务端

socket = new WebSocket("ws://localhost:7398/websocket");socket.onmessage = function(event){var msg = JSON.parse(event.data);console.info(msg);$("#msgBox").val($("#msgBox").val() + event.data + "\r\n");};

案例测试

分别启动如下内容；
1. Application.java，Plugins/spring-boot/spring-boot:run
2. ApiTest.java，右键启动模拟下位机
打开服务端链接；http://localhost:8080/ http://localhost:8080/arkWs/arkWsControlCenter.html

发送模拟信息，观察执行结果；

2019-12-01 15:11:49.965  INFO 7620 --- [nio-8080-exec-1] o.a.c.c.C.[Tomcat].[localhost].[/]       : Initializing Spring FrameworkServlet 'dispatcherServlet'2019-12-01 15:11:49.965  INFO 7620 --- [nio-8080-exec-1] o.s.web.servlet.DispatcherServlet        : FrameworkServlet 'dispatcherServlet': initialization started2019-12-01 15:11:49.980  INFO 7620 --- [nio-8080-exec-1] o.s.web.servlet.DispatcherServlet        : FrameworkServlet 'dispatcherServlet': initialization completed in 15 ms2019-12-01 15:11:51.157  INFO 7620 --- [nio-8080-exec-3] o.itstack.demo.ark.web.NettyController   : 查询设备链接列表。[{"channelId":"281d1279","connectTime":1575184302964,"ip":"127.0.0.1","number":"74de0967-c0b4-4426-a9d1-183feaff2acf","port":3972}]2019-12-01 15:11:51.162  INFO 7620 --- [io-8080-exec-10] o.itstack.demo.ark.web.NettyController   : 查询服务端列表。[{"ip":"10.13.70.50","openDate":1575184290501,"port":7397,"typeInfo":"NettyWsSocket"}]2019-12-01 15:11:58.476  INFO 7620 --- [ntLoopGroup-7-1] o.i.d.a.s.websocket.MyWsServerHandler    : 链接报告开始2019-12-01 15:11:58.476  INFO 7620 --- [ntLoopGroup-7-1] o.i.d.a.s.websocket.MyWsServerHandler    : 链接报告信息：有一客户端链接到本服务端2019-12-01 15:11:58.476  INFO 7620 --- [ntLoopGroup-7-1] o.i.d.a.s.websocket.MyWsServerHandler    : 链接报告IP:0:0:0:0:0:0:0:12019-12-01 15:11:58.476  INFO 7620 --- [ntLoopGroup-7-1] o.i.d.a.s.websocket.MyWsServerHandler    : 链接报告Port:73982019-12-01 15:11:58.476  INFO 7620 --- [ntLoopGroup-7-1] o.i.d.a.s.websocket.MyWsServerHandler    : 链接报告完毕服务端收到：{"channelId":"281d1279","msgType":2,"msgObj":{"stateType":"1"}}2019-12-01 15:12:05 接收到消息内容：{"msgObj":{"stateMsg":"温度信息：91.31334894176383°C","stateType":1,"channelId":"93c1120a"},"msgType":3,"channelId":"93c1120a"}服务端收到：{"channelId":"281d1279","msgType":2,"msgObj":{"stateType":"1"}}2019-12-01 15:12:05 接收到消息内容：{"msgObj":{"stateMsg":"温度信息：44.83794772946285°C","stateType":1,"channelId":"93c1120a"},"msgType":3,"channelId":"93c1120a"}

综上总结

在使用springboot与netty结合，开发一个简便的服务端还是很方便的，而且在集合一些springcloud的服务，可以使项目工程更加完善。
可以尝试做一些设备控制服务，在我们不在家的时候也可以通过一个h5链接控制家里的设备，比如快到家将热水器打开。
本案例还偏向于模拟，在实际开发过程中还是会出现很多业务问题需要解决，尤其是服务端与下位机的通信，需要编写编码器与解码器。

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