【Netty入门】TCP 粘包/拆包问题产生原因

淩亂°似流年 2022-05-22 10:41 221阅读 0赞

### TCP粘包/分包问题的由来 ###

因为TCP是以流的方式来处理数据，一个完整的包可能会被TCP拆分成多个包进行发送，也可能把小的封装成一个大的数据包发送。

这样说可能比较抽象，下面举例来说明TCP拆包/粘包问题！

*  图解：如果客户端分别发送两个数据包D1和D2给服务端，由于服务端一次读取到的字节数是不确定的，可能会出现四种情况。

![这里写图片描述][SouthEast]

（1）服务端分别读取到D1和D2，没有产生粘包和拆包的情况，如下图：

![这里写图片描述][SouthEast 1]

（2）服务端一次接收到二个数据包，D1和D2粘合在一起，被成为TCP粘包。如下图：

![这里写图片描述][SouthEast 2]

（3）服务端分二次读取到了二个数据包，第一次读取到了完整的D1包和D2包的一部分，第二次读取到了D2包的剩余部分，这被成为TCP拆包（D2拆包），如下图：

![这里写图片描述][SouthEast 3]

（4）服务器还是分二次读取到了二个数据包，但第一次是读取到了D1包的部分内容 ，第二次读取到了D1包剩余部分和完整的D2包，这被成为TCP拆包（D1拆包），如下图：

![这里写图片描述][SouthEast 4]

*  代码示例：

服务端代码

public class Server4 { 
        public static void main(String[] args) throws SigarException {
    
            //boss线程监听端口，worker线程负责数据读写
            EventLoopGroup boss = new NioEventLoopGroup();
            EventLoopGroup worker = new NioEventLoopGroup();
    
            try{
                //辅助启动类
                ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
                //设置线程池
                bootstrap.group(boss,worker);
    
                //设置socket工厂
                bootstrap.channel(NioServerSocketChannel.class);
    
                //设置管道工厂
                bootstrap.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                    @Override
                    protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
                        //获取管道
                        ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline();
                        //处理类
                        pipeline.addLast(new ServerHandler4());
                    }
                });
    
                //绑定端口
                ChannelFuture future = bootstrap.bind(8866).sync();
                System.out.println("server start ...... ");
    
                //等待服务端监听端口关闭
                future.channel().closeFuture().sync();
    
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }finally {
                //优雅退出，释放线程池资源
                boss.shutdownGracefully();
                worker.shutdownGracefully();
            }
        }
    
    }
    
    class ServerHandler4 extends SimpleChannelInboundHandler {
    
        //用于记录次数
        private int count = 0;
        //读取客户端发送的数据
        @Override
        protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
            ByteBuf buf = (ByteBuf)msg;
            byte[] req = new byte[buf.readableBytes()];
            buf.readBytes(req);
            String c = new String(req,"UTF-8").substring(0, req.length - System.getProperty("line.separator").length());
            count++;
            System.out.println("RESPONSE--------"+c+";"+" @ "+count);
    
        }
    
        //新客户端接入
        @Override
        public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
            System.out.println("channelActive");
        }
    
        //客户端断开
        @Override
        public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
            System.out.println("channelInactive");
        }
    
        //异常
        @Override
        public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
            //关闭通道
            ctx.channel().close();
            //打印异常
            cause.printStackTrace();
        }
    }

客户端代码：

public class Client4 { 
    
        public static void main(String[] args) {
    
            //worker负责读写数据
            EventLoopGroup worker = new NioEventLoopGroup();
    
            try {
                //辅助启动类
                Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
    
                //设置线程池
                bootstrap.group(worker);
    
                //设置socket工厂
                bootstrap.channel(NioSocketChannel.class);
    
                //设置管道
                bootstrap.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                    @Override
                    protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
                        //获取管道
                        ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline();
                        //处理类
                        pipeline.addLast(new ClientHandler4());
                    }
                });
    
                //发起异步连接操作
                ChannelFuture futrue = bootstrap.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",8866)).sync();
    
                //等待客户端链路关闭
                futrue.channel().closeFuture().sync();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                //优雅的退出，释放NIO线程组
                worker.shutdownGracefully();
            }
        }
    
    }
    
    class ClientHandler4 extends SimpleChannelInboundHandler<String> {
    
        //接受服务端发来的消息
        @Override
        protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) throws Exception {
            System.out.println("server response ： "+msg);
        }
    
        //与服务器建立连接
        @Override
        public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
            //给服务器发消息
            ByteBuf message = null;
            byte[] req = " I am client ".getBytes();
            //发送50次消息
            for (int i = 0; i < 50; i++) {
                message = Unpooled.buffer(req.length);
                message.writeBytes(req);
                ctx.channel().writeAndFlush(message);
            }
        }
    
        //与服务器断开连接
        @Override
        public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
            System.out.println("channelInactive");
        }
    
        //异常
        @Override
        public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
            //关闭管道
            ctx.channel().close();
            //打印异常信息
            cause.printStackTrace();
        }
    
    }

服务端运行结果：

![这里写图片描述][SouthEast 5]

分析：通过代码可知，客户端向服务端发送了50条消息，正常结果是服务端应该接收了50条消息，但服务端的运行结果显示只收到了两条客户端的消息，由图知，第一条消息包含37 个I am client，而第二条消息包含13个I am client。这明显是出现了TCP粘包问题。

### 出现TCP粘包/分包的原因 ###

1.应用程序写入的字节大小大于套接字发送缓冲区的大小，会发生拆包现象，而应用程序写入数据小于套接字缓冲区大小，网卡将应用多次写入的数据发送到网络上，这将会发生粘包现象；

2.进行mss（最大报文长度）大小的TCP分段，当TCP报文长度-TCP头部长度>MSS的时候将发生拆包

3.以太网帧的payload（净荷）大于MTU（1500字节）进行ip分片。

图解：

![这里写图片描述][SouthEast 6]

### TCP粘包/分包的解决方法 ###

1.消息定长

例如：每个报文的大小固定为200个字节，如果不够，空位补空格

对应Netty中的定长类 ：FixedLengthFrameDecoder

2.在包尾都增加特殊字符进行分割

例如：加回车、加换行、FTP协议等

对应Netty中的类

*  自定义分隔符类 ：DelimiterBasedFrameDecoder
 *  行分隔符类：LineBasedFrameDecoder

3.将消息分为消息头和消息体

例：在消息头中包含表示消息总长度的字段，然后进行业务逻辑的处理。

对应Netty中的基于消息头指定消息长度类：LengthFieldBasedFrameDecoder

4.更复杂的应用层协议

解决TCP粘包/分包问题的实例请阅读我的下一篇博文：[解决TCP粘包/分包的实例][TCP]

转载自[https://blog.csdn.net/baiye\_xing/article/details/73188847][https_blog.csdn.net_baiye_xing_article_details_73188847]

[SouthEast]: /images/20220522/dd6f242e6ec84081aad3bf57f1a0f208.png
[SouthEast 1]: /images/20220522/36fb61138f90496e9254f24044bee816.png
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[SouthEast 3]: /images/20220522/d3be6e56a7ea49d0b7ff546fa347aa55.png
[SouthEast 4]: /images/20220522/5d6aeddebbc24d7dac876943a79d98dc.png
[SouthEast 5]: /images/20220522/16a29e2cda6a4180b00ff8fce09ddb2e.png
[SouthEast 6]: /images/20220522/3a76b7cd95084db29b9f04ed8fe60319.png
[TCP]: http://blog.csdn.net/baiye_xing/article/details/73189191
[https_blog.csdn.net_baiye_xing_article_details_73188847]: https://blog.csdn.net/baiye_xing/article/details/73188847