根据源码，模拟实现 RabbitMQ - 网络通讯设计，实现客户端Connection、Channel（完结）

末蓝、 2023-10-15 09:31 7阅读 0赞

**目录**

一、客户端代码实现

1.1、需求分析

1.2、具体实现

1）实现 ConnectionFactory

2）实现 Connection

3）实现 Channel

二、编写 Demo

2.1、实例

2.1、实例演示

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# 一、客户端代码实现 #

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## 1.1、需求分析 ##

RabbitMQ 的客户端设定：一个客户端可以有多个模块，每个模块都可以和 broker server 之间建立 “逻辑上的连接” （channel），这几个模块的channel 彼此之间是互相不影响的，同时这几个 channel 又复用的同一个 TCP 连接，省去了频繁 建立/销毁 TCP 连接的开销（三次握手、四次挥手......）.

这里，我们也按照这样的逻辑实现 消息队列 的客户端，主要涉及到以下三个核心类：

1.  **ConnectionFactory：**连接工厂，这个类持有服务器的地址，主要功能就是创建 Connection 对象.
2.  **Connection：**表示一个 TCP连接，持有 Socket 对象，用来 写入请求/读取响应，管理多个Channel 对象.
3.  **Channel：**表示一个逻辑上的连接，需要提供一系列的方法，去和服务器提供的核心 API 对应（客户端提供的这些方法的内部，就是写入了一个特定的请求，然后等待服务器响应）.

## 1.2、具体实现 ##

### 1）实现 ConnectionFactory ###

主要用来创建 Connection 对象.

public class ConnectionFactory {
    
        //broker server 的 ip 地址
        private String host;
        //broker server 的端口号
        private int port;
    
    //    //访问 broker server 的哪个虚拟主机
    //    //这里暂时先不涉及
    //    private String virtualHostName;
    //    private String username;
    //    private String password;
    
        public Connection newConnection() throws IOException {
            Connection connection = new Connection(host, port);
            return connection;
        }
    
        public String getHost() {
            return host;
        }
    
        public void setHost(String host) {
            this.host = host;
        }
    
        public int getPort() {
            return port;
        }
    
        public void setPort(int port) {
            this.port = port;
        }
    }

### 2）实现 Connection ###

属性如下

private Socket socket;
        //一个 socket 连接需要管理多个 channel
        private ConcurrentHashMap<String, Channel> channelMap = new ConcurrentHashMap<>();
        private InputStream inputStream;
        private OutputStream outputStream;
        // DataXXX 主要用来 读取/写入 特定格式数据(例如 readInt())
        private DataInputStream dataInputStream;
        private DataOutputStream dataOutputStream;
        //用来处理 0xc 的回调，这里开销可能会很大，不希望把 Connection 阻塞住，因此使用 线程池 来处理
        private ExecutorService callbackPool;

构造如下

这里不光需要初始化属性，还需要创建一个扫描线程，由这个线程负责不停的从 socket 中读取响应数据，把这个响应数据再交给对应的 channel 负责处理

public Connection(String host, int port) throws IOException {
            socket = new Socket(host, port);
            inputStream = socket.getInputStream();
            outputStream = socket.getOutputStream();
            dataInputStream = new DataInputStream(inputStream);
            dataOutputStream = new DataOutputStream(outputStream);
    
            callbackPool = Executors.newFixedThreadPool(4);
    
            //创建一个扫描线程，由这个线程负责不停的从 socket 中读取响应数据，把这个响应数据再交给对应的 channel 负责处理
            Thread t = new Thread(() -> {
                try {
                    while(!socket.isClosed()) {
                        Response response = readResponse();
                        dispatchResponse(response);
                    }
                } catch (SocketException e) {
                    //连接正常断开的，此时这个异常可以忽略
                    System.out.println("[Connection] 连接正常断开！");
                } catch(IOException | ClassNotFoundException | MqException e) {
                    System.out.println("[Connection] 连接异常断开！");
                    e.printStackTrace();
                }
            });
            t.start();
        }

释放 Connection 相关资源

public void close() {
            try {
                callbackPool.shutdown();
                channelMap.clear();
                inputStream.close();
                outputStream.close();
                socket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

使用这个方法来区别，当前的响应是一个针对控制请求的响应，还是服务器推送过来的消息.

如果是服务器推送过来的消息，就响应表明是 0xc，也就是一个回调，通过线程池来进行处理；

如果只是一个普通的响应，就把这个结果放到 channel 的 哈希表中（随后 channel 会唤醒所有阻塞等待响应的线程，去 map 中拿数据）.

public void dispatchResponse(Response response) throws IOException, ClassNotFoundException, MqException {
            if(response.getType() == 0xc) {
                //服务器推送过来的消息数据
                SubScribeReturns subScribeReturns = (SubScribeReturns) BinaryTool.fromBytes(response.getPayload());
                //根据 channelId 找到对应的 channel 对象
                Channel channel = channelMap.get(subScribeReturns.getChannelId());
                if(channel == null) {
                    throw new MqException("[Connection] 该消息对应的 channel 再客户端中不存在！channelId=" + channel.getChannelId());
                }
                //执行该 channel 对象内部的回调(这里的开销未知，有可能很大，同时不希望把这里阻塞住，所以使用线程池来执行)
                callbackPool.submit(() -> {
                    try {
                        channel.getConsumer().handlerDelivery(subScribeReturns.getConsumerTag(), subScribeReturns.getBasicProperties(),
                                subScribeReturns.getBody());
                    } catch(MqException | IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                });
            } else {
                //当前响应是针对刚才的控制请求的响应
                BasicReturns basicReturns = (BasicReturns) BinaryTool.fromBytes(response.getPayload());
                //把这个结果放到 channel 的 哈希表中
                Channel channel = channelMap.get(basicReturns.getChannelId());
                if(channel == null) {
                    throw new MqException("[Connection] 该消息对应的 channel 在客户端中不存在！channelId=" + channel.getChannelId());
                }
                channel.putReturns(basicReturns);
            }
        }

发送请求和读取响应

/**
         * 发送请求
         * @param request
         * @throws IOException
         */
        public void writeRequest(Request request) throws IOException {
            dataOutputStream.writeInt(request.getType());
            dataOutputStream.writeInt(request.getLength());
            dataOutputStream.write(request.getPayload());
            dataOutputStream.flush();
            System.out.println("[Connection] 发送请求！type=" + request.getType() + ", length=" + request.getLength());
        }
    
        /**
         * 读取响应
         */
        public Response readResponse() throws IOException {
            Response response = new Response();
            response.setType(dataInputStream.readInt());
            response.setLength(dataInputStream.readInt());
            byte[] payload = new byte[response.getLength()];
            int n = dataInputStream.read(payload);
            if(n != response.getLength()) {
                throw new IOException("读取的响应格式不完整! n=" + n + ", responseLen=" + response.getLength());
            }
            response.setPayload(payload);
            System.out.println("[Connection] 收到响应！type=" + response.getType() + ", length=" + response.getLength());
            return response;
        }

在 Connection 中提供创建 Channel 的方法

public Channel createChannel() throws IOException {
            String channelId = "C-" + UUID.randomUUID().toString();
            Channel channel = new Channel(channelId, this);
            //放到 Connection 管理的 channel 的 Map 集合中
            channelMap.put(channelId, channel);
            //同时也需要把 “创建channel” 这个消息告诉服务器
            boolean ok = channel.createChannel();
            if(!ok) {
                //如果创建失败，就说明这次创建 channel 操作不顺利
                //把刚才加入 hash 表的键值对再删了
                channelMap.remove(channelId);
                return null;
            }
            return channel;
        }

> Ps：代码中使用了很多次 UUID ，这里我们和之前一样，使用加前缀的方式来进行区分.

### 3）实现 Channel ###

属性和构造如下

private String channelId;
        // 当前这个 channel 是属于哪一个连接
        private Connection connection;
        //用来存储后续客户端收到的服务器响应，已经辨别是哪个响应(要对的上号) key 是 rid
        private ConcurrentHashMap<String, BasicReturns> basicReturnsMap = new ConcurrentHashMap<>();
        //如果当前 Channel 订阅了某个队列，就需要记录对应的回调是什么，当该队列消息返回回来的时候，调用回调
        //此处约定一个 Channel 只能有一个回调
        private Consumer consumer;
    
        public Channel(String channelId, Connection connection) {
            this.channelId = channelId;
            this.connection = connection;
        }
    
        public String getChannelId() {
            return channelId;
        }
    
        public void setChannelId(String channelId) {
            this.channelId = channelId;
        }
    
        public Connection getConnection() {
            return connection;
        }
    
        public void setConnection(Connection connection) {
            this.connection = connection;
        }
    
        public ConcurrentHashMap<String, BasicReturns> getBasicReturnsMap() {
            return basicReturnsMap;
        }
    
        public void setBasicReturnsMap(ConcurrentHashMap<String, BasicReturns> basicReturnsMap) {
            this.basicReturnsMap = basicReturnsMap;
        }
    
        public Consumer getConsumer() {
            return consumer;
        }
    
        public void setConsumer(Consumer consumer) {
            this.consumer = consumer;

实现 0x1 创建 channel

主要就是构造构造出 request，然后发送请求到 BrokerServer 服务器，阻塞等待服务器响应.

/**
         * 0x1
         * 和服务器进行交互，告诉服务器，此处客户端已经创建了新的 channel 了
         * @return
         */
        public boolean createChannel() throws IOException {
            //构造 payload
            BasicArguments arguments = new BasicArguments();
            arguments.setChannelId(channelId);
            arguments.setRid(generateRid());
            byte[] payload = BinaryTool.toBytes(arguments);
            //发送请求
            Request request = new Request();
            request.setType(0x1);
            request.setLength(payload.length);
            request.setPayload(payload);
            connection.writeRequest(request);
    
            //等待服务器响应
            BasicReturns basicReturns = waitResult(arguments.getRid());
            return basicReturns.isOk();
        }
    
        /**
         * 生成 rid
         * @return
         */
        public String generateRid() {
            return "R-" + UUID.randomUUID().toString();
        }
    
    
        /**
         * 阻塞等待服务器响应
         * @param rid
         * @return
         */
        private BasicReturns waitResult(String rid) {
            BasicReturns basicReturns = null;
            while((basicReturns = basicReturnsMap.get(rid)) == null) {
                //查询结果为空，就说明咱们去菜鸟驿站要取的包裹还没到
                //此时就需要阻塞等待
                synchronized (this) {
                    try {
                        wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                }
            }
            basicReturnsMap.remove(rid);
            return basicReturns;
        }
    
    
        /**
         * 由 Connection 中的方法调用，区分为普通响应之后触发
         * 将响应放回到 channel 管理的 map 中，并唤醒所有线程
         * @param basicReturns
         */
        public void putReturns(BasicReturns basicReturns) {
            basicReturnsMap.put(basicReturns.getRid(), basicReturns);
            synchronized (this) {
                //当前也不知道有多少线程再等待上述的这个响应
                //因此就把所有等待的线程唤醒
                notifyAll();
            }
        }

> Ps：其他的 请求操作也和 0x1 的方式几乎一样，这里不一一展示了，主要说一下 0xa

0xa 消费者订阅队列消息，这里要先设置好回调到属性中，方便 Connection 通过这个属性来 处理回调

**值得注意的一点， 我们约定 channelId 就是 consumerTag**

public boolean basicConsume(String queueName, boolean autoAck, Consumer consumer) throws IOException, MqException {
            //先设置回调
            if(this.consumer != null) {
                throw new MqException("该 channel 已经设置过消费消息回调了，不能重复！");
            }
            this.consumer = consumer;
            BasicConsumeArguments basicConsumeArguments = new BasicConsumeArguments();
            basicConsumeArguments.setRid(generateRid());
            basicConsumeArguments.setChannelId(channelId);
            basicConsumeArguments.setConsumerTag(channelId); // 注意：此处的 consumerTag 使用 channelId 来表示
            basicConsumeArguments.setQueueName(queueName);
            basicConsumeArguments.setAutoAck(autoAck);
            byte[] payload = BinaryTool.toBytes(basicConsumeArguments);
    
            Request request = new Request();
            request.setType(0xa);
            request.setLength(payload.length);
            request.setPayload(payload);
    
            connection.writeRequest(request);
            BasicReturns basicReturns = waitResult(basicConsumeArguments.getRid());
            return basicReturns.isOk();
        }

# 二、补充：关于回调执行流程 #

--------------------

流程如下：

1.  客户端调用 basicConsume 方法，创建一个消费者订阅队列消息，并带上 Consumer（消费者拿到消息之后具体要做的动作）；
2.  Channel 保存了客户端发来的 Consumer（等待接收 0xc 响应，真正执行回调），发送订阅队列消息请求（0xa），并等待响应
3.  BrokerServer 接收到请求后，解析出 0xa ，又创建了一个 Consumer（目的是为了等服务器拿到要消费的消息后，将消息的数据包装成 0xc 的响应，客户端接收到响应之后，执行 “消费者拿到消息后具体要做的动作” 这是 RabbitMQ 的设定），接着 BrokerServer 调用 VirtualHost.
4.  VirtualHost 创建一个新的消费者订阅队列后，如果发现队列中又消息，立即进行消费
5.  具体的，就是调用刚刚新创建的回调，然后向客户端返回 0xc 的响应，客户端接收到响应之后，执行 “消费者拿到消息后具体要做的动作”.

# 三、编写 Demo #

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## 3.1、实例 ##

**到了这里基本就实现完成了一个 跨主机/服务器 之间的生产者消费者模型了（功能上可以满足日常开发对消息队列的使用）**，但是还具有很强的扩展性，可以继续参考 RabbitMQ，如果有想法的，或者是遇到不会的问题，可以私信我~

以下我来我来编写一个 demo，模拟 跨主机/服务器 之间的生产者消费者模型（这里为了方便，就在本机演示）.

首先再 spring boot 项目的启动类中 创建 BrokerServer ，绑定端口号，然后启动

@SpringBootApplication
    public class RabbitmqProjectApplication {
        public static ConfigurableApplicationContext context;
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            context = SpringApplication.run(RabbitmqProjectApplication.class, args);
            BrokerServer brokerServer = new BrokerServer(9090);
            brokerServer.start();
        }
    
    }

编写消费者

public class DemoConsumer {
    
        public static void main(String[] args) throws IOException, MqException, InterruptedException {
            //建立连接
            ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
            factory.setHost("127.0.0.1");
            factory.setPort(9090);
            Connection connection = factory.newConnection();
            Channel channel = connection.createChannel();
    
            //创建交换机和队列(这里和生产者创建交换机和队列不冲突，谁先启动，就按照谁的创建，即使已经存在交换机和队列，再创建也不会有什么副作用)
            channel.exchangeDeclare("demoExchange", ExchangeType.DIRECT, true, false, null);
            channel.queueDeclare("demoQueue", true, false, false, null);
    
            //消费者消费消息
            channel.basicConsume("demoQueue", true, new Consumer() {
                @Override
                public void handlerDelivery(String consumerTag, BasicProperties basicProperties, byte[] body) throws MqException, IOException {
                    System.out.println("开销消费");
                    System.out.println("consumerTag=" + consumerTag);
                    System.out.println("body=" + new String(body));
                    System.out.println("消费完毕");
                }
            });
    
            //由于消费者不知道生产者要生产多少，就在这里通过循环模拟一直等待
            while(true) {
                Thread.sleep(500);
            }
        }
    
    }

编写生产者

public class DemoProducer {
    
        public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
            //建立连接
            ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
            factory.setHost("127.0.0.1");
            factory.setPort(9090);
            Connection connection = factory.newConnection();
            Channel channel = connection.createChannel();
    
            //创建交换机和队列(这里和消费者创建交换机和队列不冲突，谁先启动，就按照谁的创建，即使已经存在交换机和队列，再创建也不会有什么副作用)
            channel.exchangeDeclare("demoExchange", ExchangeType.DIRECT, true, false, null);
            channel.queueDeclare("demoQueue", true, false, false, null);
    
            //生产消息
            byte[] body1 = "Im cyk1 !".getBytes();
            channel.basicPublish("demoExchange", "demoQueue", null, body1);
    
            Thread.sleep(500);
    
            //关闭连接
            channel.close();
            connection.close();
        }
    
    }

## 3.2、实例演示 ##

启动 spring boot 项目（启动 BrokerServer）

![ea223d47787b44678bb96e5fcd88a945.png][]

运行消费者（消费者和生产者谁先后运行都可以）

![8732a9dd4a9648d387dc50fb39dd943e.png][]

![db98a6bfc95a4141a4daee2a873becbf.png][]

运行生产者

![44874165fd6e4de1bbb52c8b80c3da84.png][]

![f763f075d97445e6815ff532b6425a51.png][]

![af570b71111f40e3a74a957b6ed8e28d.png][]

![230c76ea5fa941f5821fa345689731df.gif][]

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