Netty5入门学习笔记002-TCP粘包/拆包问题的解决之道(上)

jopen 5年前

TCP网络通信时候会发生粘包/拆包的问题,接下来探讨其解决之道。

什么是粘包/拆包

一般所谓的TCP粘包是在一次接收数据不能完全地体现一个完整的消息数据。TCP通讯为何存在粘包呢?主要原因是TCP是以流的方式来处理数据,再加上网络上MTU的往往小于在应用处理的消息数据,所以就会引发一次接收的数据无法满足消息的需要,导致粘包的存在。处理粘包的唯一方法就是制定应用层的数据通讯协议,通过协议来规范现有接收的数据是否满足消息数据的需要。

情况分析

TCP粘包通常在流传输中出现,UDP则不会出现粘包,因为UDP有消息边界,发送数据段需要等待缓冲区满了才将数据发送出去,当满的时候有可能不是一条消息而是几条消息合并在换中去内,在成粘包;另外接收数据端没能及时接收缓冲区的包,造成了缓冲区多包合并接收,也是粘包。

解决办法

1、消息定长,报文大小固定长度,不够空格补全,发送和接收方遵循相同的约定,这样即使粘包了通过接收方编程实现获取定长报文也能区分。

2、包尾添加特殊分隔符,例如每条报文结束都添加回车换行符(例如FTP协议)或者指定特殊字符作为报文分隔符,接收方通过特殊分隔符切分报文区分。

3、将消息分为消息头和消息体,消息头中包含表示信息的总长度(或者消息体长度)的字段

4、更复杂的自定义应用层协议

代码例子

1、Netty中提供了FixedLengthFrameDecoder定长解码器可以帮助我们轻松实现第一种解决方案,定长解码报文。

服务器端:

package im;    import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;  import io.netty.channel.ChannelFuture;  import io.netty.channel.ChannelInitializer;  import io.netty.channel.ChannelOption;  import io.netty.channel.EventLoopGroup;  import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;  import io.netty.channel.socket.SocketChannel;  import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;  import io.netty.handler.codec.FixedLengthFrameDecoder;  import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;  import io.netty.handler.logging.LogLevel;  import io.netty.handler.logging.LoggingHandler;  /**   * 定长解码  服务器端   * @author xwalker   */  public class Server {      public void bind(int port) throws Exception{    //接收客户端连接用    EventLoopGroup bossGroup=new NioEventLoopGroup();    //处理网络读写事件    EventLoopGroup workerGroup=new NioEventLoopGroup();    try{    //配置服务器启动类     ServerBootstrap b=new ServerBootstrap();    b.group(bossGroup,workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 100)    .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))//配置日志输出    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {     @Override     protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {      ch.pipeline().addLast(new FixedLengthFrameDecoder(30));//设置定长解码器 长度设置为30      ch.pipeline().addLast(new StringDecoder());//设置字符串解码器 自动将报文转为字符串      ch.pipeline().addLast(new Serverhandler());//处理网络IO 处理器     }    });    //绑定端口 等待绑定成功    ChannelFuture f=b.bind(port).sync();    //等待服务器退出    f.channel().closeFuture().sync();    }finally{     //释放线程资源     bossGroup.shutdownGracefully();     workerGroup.shutdownGracefully();    }   }   public static void main(String[] args) throws Exception {    int port=8000;    new Server().bind(port);   }    }
package im;    import io.netty.buffer.ByteBuf;  import io.netty.buffer.Unpooled;  import io.netty.channel.ChannelHandlerAdapter;  import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;  /**   * 服务器handler   * @author xwalker   */  public class Serverhandler extends ChannelHandlerAdapter {   int counter=0;   private static final String MESSAGE="It greatly simplifies and streamlines network programming such as TCP and UDP socket server.";   @Override   public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)     throws Exception {    System.out.println("接收客户端msg:["+msg+"]");    ByteBuf echo=Unpooled.copiedBuffer(MESSAGE.getBytes());    ctx.writeAndFlush(echo);   }      @Override   public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)     throws Exception {    cause.printStackTrace();    ctx.close();   }    }

客户端:

package im;    import io.netty.bootstrap.Bootstrap;  import io.netty.channel.ChannelFuture;  import io.netty.channel.ChannelInitializer;  import io.netty.channel.ChannelOption;  import io.netty.channel.EventLoopGroup;  import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;  import io.netty.channel.socket.SocketChannel;  import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;  import io.netty.handler.codec.FixedLengthFrameDecoder;  import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;  /**   * 客户端    * @author xwalker   *   */  public class Client {   /**    * 链接服务器    * @param port    * @param host    * @throws Exception    */   public void connect(int port,String host)throws Exception{    //网络事件处理线程组    EventLoopGroup group=new NioEventLoopGroup();    try{    //配置客户端启动类    Bootstrap b=new Bootstrap();    b.group(group).channel(NioSocketChannel.class)    .option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)//设置封包 使用一次大数据的写操作,而不是多次小数据的写操作    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {     @Override     protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {      ch.pipeline().addLast(new FixedLengthFrameDecoder(30));//设置定长解码器      ch.pipeline().addLast(new StringDecoder());//设置字符串解码器      ch.pipeline().addLast(new ClientHandler());//设置客户端网络IO处理器     }    });    //连接服务器 同步等待成功    ChannelFuture f=b.connect(host,port).sync();    //同步等待客户端通道关闭    f.channel().closeFuture().sync();    }finally{     //释放线程组资源     group.shutdownGracefully();    }   }   public static void main(String[] args) throws Exception {    int port=8000;    new Client().connect(port, "127.0.0.1");     }    }
package im;    import io.netty.buffer.Unpooled;  import io.netty.channel.ChannelHandlerAdapter;  import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;  /**   * 客户端处理器   * @author xwalker   *   */  public class ClientHandler extends ChannelHandlerAdapter {   private static final String MESSAGE="Netty is a NIO client server framework which enables quick and easy development of network applications such as protocol servers and clients.";   public ClientHandler(){}   @Override   public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {     ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer(MESSAGE.getBytes()));   }   @Override   public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)     throws Exception {    System.out.println("接收服务器响应msg:["+msg+"]");   }      @Override   public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {    ctx.flush();   }   @Override   public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)     throws Exception {    cause.printStackTrace();    ctx.close();   }  }

服务器和客户端分别设置了定长解码器 长度为30字节,也就是规定发送和接收一次报文定长为30字节。

运行结果:

客户端接收到服务器的响应报文 一段文字被定长分成若干段接收。

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服务器端接收客户端发送的报文 一段话也是分成了等长的若干段。

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上述是一个简单长字符串传输例子,将一个长字符串分割成若干段。我们也可以自定义一系列定长的指令发送出去

例如指令长度都是30个字节,批量发出N条指令,这样客户端粘包后发出一个比较大的数据指令集,服务器接收到的数据在缓冲区内,只需要按照定长一个个指令取出来执行即可。


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