DotNetty 实现 Modbus TCP 系列 (三) Codecs & Handler

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DotNetty 作为一个半成品，我们不需要关注细节的实现，只需要关注自己的业务即可，所以最主要的就是处理 Codecs 和 Handler。

所有的 Codecs 和 Handler 均直接或间接继承自 ChannelHandlerAdapter。为什么要分为 Codecs 和 Handler，个人理解是 Codecs 负责将消息解码为我们所需的对象或者将处理的结果编码，Handler 对解码得到的对象进行逻辑处理，达到职责分离的目的。

DotNetty 中可以注册多个 Codecs/Handler，入站消息按照注册的先后顺序执行，出站消息按照注册的先后逆序执行。

对于 Client 端：

• 入站：ModbusDecoder --> ModbusResponseHandler
• 出站：ModbusEncoder

对于 Server 端：

• 入站：ModbusDecoder --> ModbusRequestHandler
• 出站：ModbusEncoder

ModbusDecoder

public class ModbusDecoder : ByteToMessageDecoder
{
    private bool isServerMode;
    private readonly short maxFunctionCode = 0x80;
    private readonly string typeName = "Karonda.ModbusTcp.Entity.Function.{0}.{1}{0}";

    public ModbusDecoder(bool isServerMode)
    {
        this.isServerMode = isServerMode;
    }
    protected override void Decode(IChannelHandlerContext context, IByteBuffer input, List<object> output)
    {
        //Transaction Identifier + Protocol Identifier + Length + Unit Identifier + Function Code
        if (input.Capacity < 2 + 2 + 2 + 1 + 1)
        {
            return;
        }

        ModbusHeader header = new ModbusHeader(input);
        short functionCode = input.ReadByte();
        ModbusFunction function = null;

        if(Enum.IsDefined(typeof(ModbusCommand), functionCode))
        {
            var command = Enum.GetName(typeof(ModbusCommand), functionCode);

            function = (ModbusFunction)Activator.CreateInstance(Type.GetType(string.Format(typeName, isServerMode ? "Request" : "Response", command)));
        }


        if (functionCode >= maxFunctionCode)
        {
            function = new ExceptionFunction(functionCode);
        }
        else if(function == null)
        {
            function = new ExceptionFunction(functionCode, 0x01);
        }

        function.Decode(input);
        ModbusFrame frame = new ModbusFrame(header, function);

        output.Add(frame);
    }
}

ModbusDecoder 继承了 ByteToMessageDecoder。继承了 ByteToMessageDecoder 的类必须实现的唯一的抽象方法：Decode，该方法将 ByteBuffer 解析为 List，如果 List 不为空则会将该 List 传递给下一个 ChannelHandlerAdapter。

ModbusDecoder 同时为 Client 端和 Server 端使用，如果是 Server 端则将消息解析成请求类，反之如果是 Client 端则将消息解析成响应类。

ModbusResponseHandler

public class ModbusResponseHandler : SimpleChannelInboundHandler<ModbusFrame>
{
    private Dictionary<ushort, ModbusFrame> responses = new Dictionary<ushort, ModbusFrame>();
    protected override void ChannelRead0(IChannelHandlerContext ctx, ModbusFrame msg)
    {
        responses.Add(msg.Header.TransactionIdentifier, msg);
    }

    public override void ExceptionCaught(IChannelHandlerContext context, Exception exception)
    {
        context.CloseAsync();
    }
}

将接收到的响应信息加入 responses 供后续处理。

ModbusRequestHandler

public class ModbusRequestHandler : SimpleChannelInboundHandler<ModbusFrame>
{
    private ModbusResponseService responseService;
    public ModbusRequestHandler(ModbusResponseService responseService)
    {
        this.responseService = responseService;
    }

    protected override void ChannelRead0(IChannelHandlerContext ctx, ModbusFrame msg)
    {
        var function = msg.Function;
        var  response = responseService.Execute(function);

        var header = msg.Header;
        var frame = new ModbusFrame(header, response);

        ctx.WriteAndFlushAsync(frame);
    }
}

responseService 为一个抽象类，用来自定义处理接收到的请求并返回结果，需要在实现 Server 端时继承并实现。

public abstract class ModbusResponseService
{
    public ModbusFunction Execute(ModbusFunction function)
    {
        if (function is ReadHoldingRegistersRequest)
        {
            var request = (ReadHoldingRegistersRequest)function;
            return ReadHoldingRegisters(request);
        }

        throw new Exception("Function Not Support");
    }

    public abstract ModbusFunction ReadHoldingRegisters(ReadHoldingRegistersRequest request);
}

(文中代码仅添加了 0x03 的方法)

ModbusEncoder

public class ModbusEncoder : ChannelHandlerAdapter
{
    public override Task WriteAsync(IChannelHandlerContext context, object message)
    {
        if (message is ModbusFrame)
        {
            var frame = (ModbusFrame)message;
            return context.WriteAndFlushAsync(frame.Encode());
        }

        return context.WriteAsync(message);
    }
}

如果是 ModbusFrame 消息则 Flush，否则传递到下一个 ChannelHandlerAdapter。

开源地址：modbus-tcp