既然是网络编程，自然离不开通信协议，应用层之间通信需要实现各种各样的网络协议。在项目开发的过程中，我们就需要去构建满足自己业务场景的应用层协议。在上节课中我们介绍了如何使用网络协议解决 TCP 拆包/粘包的底层问题，本节课我们将在此基础上继续讨论如何设计一个高效、可扩展、易维护的自定义通信协议，以及如何使用 Netty 实现自定义通信协议。

通信协议设计

所谓协议，就是通信双方事先商量好的接口暗语，在 TCP 网络编程中，发送方和接收方的数据包格式都是二进制，发送方将对象转化成二进制流发送给接收方，接收方获得二进制数据后需要知道如何解析成对象，所以协议是双方能够正常通信的基础。

目前市面上已经有不少通用的协议，例如 HTTP、HTTPS、JSON-RPC、FTP、IMAP、Protobuf 等。通用协议兼容性好，易于维护，各种异构系统之间可以实现无缝对接。如果在满足业务场景以及性能需求的前提下，推荐采用通用协议的方案。相比通用协议，自定义协议主要有以下优点。

极致性能：通用的通信协议考虑了很多兼容性的因素，必然在性能方面有所损失。
扩展性：自定义的协议相比通用协议更好扩展，可以更好地满足自己的业务需求。
安全性：通用协议是公开的，很多漏洞已经很多被黑客攻破。自定义协议更加安全，因为黑客需要先破解你的协议内容。

那么如何设计自定义的通信协议呢？

这个答案见仁见智，但是设计通信协议有经验方法可循。

结合实战经验我们一起看下一个完备的网络协议需要具备哪些基本要素。

1. 魔数

魔数是通信双方协商的一个暗号，通常采用固定的几个字节表示。魔数的作用是防止任何人随便向服务器的端口上发送数据。

服务端在接收到数据时会解析出前几个固定字节的魔数，然后做正确性比对。如果和约定的魔数不匹配，则认为是非法数据，可以直接关闭连接或者采取其他措施以增强系统的安全防护。

魔数的思想在压缩算法、Java Class 文件等场景中都有所体现，例如 Class 文件开头就存储了魔数 0xCAFEBABE，在加载 Class 文件时首先会验证魔数的正确性。

2. 协议版本号

随着业务需求的变化，协议可能需要对结构或字段进行改动，不同版本的协议对应的解析方法也是不同的。所以在生产级项目中强烈建议预留协议版本号这个字段。

3. 序列化算法:Json&Hessian

序列化算法字段表示数据发送方应该采用何种方法将请求的对象转化为二进制，以及如何再将二进制转化为对象，如 JSON、Hessian、Java 自带序列化等。

4. 报文类型:请求&响应

在不同的业务场景中，报文可能存在不同的类型。例如在 RPC 框架中有请求、响应、心跳等类型的报文，在 IM 即时通信的场景中有登陆、创建群聊、发送消息、接收消息、退出群聊等类型的报文。

5. 长度域:消息体长度

长度域字段代表请求数据的长度，接收方根据长度域字段获取一个完整的报文。

6. 请求数据:消息体

请求数据通常为序列化之后得到的二进制流，每种请求数据的内容是不一样的。

7.响应状态

状态字段用于标识请求是否正常。一般由被调用方设置,即服务器端。例如一次 RPC 调用失败，状态字段可被服务提供方设置为异常状态。

8.消息id

用于请求和响应匹配的

9. 保留字段

保留字段是可选项，为了应对协议升级的可能性，可以预留若干字节的保留字段，以备不时之需。

通过以上协议基本要素的学习，我们可以得到一个较为通用的协议示例：

20.Netty源码之通用协议