netty之TCP粘包拆包问题解决

小咪咪 2023-02-25 03:47 6阅读 0赞

# TCP粘包拆包问题解决 #

## 什么TCP粘包和拆包问题 ##

假设客户端向服务端连续发送了两个数据包，分别用ABC和DEF来表示，那么服务端收到的数据可以分为以下三种情况：

第一种情况，接收端正常收到两个数据包，即没有发生拆包和粘包的现象。  
![在这里插入图片描述][20200710163518879.png]

第二种情况，接收端只收到一个数据包，这一个数据包中包含了发送端发送的两个数据包的信息，这种现象即为粘包。

![在这里插入图片描述][20200710163529363.png]

第三种情况，接收端收到了两个数据包，但是这两个数据包要么是不完整的，要么就是多出来一块，这种情况即发生了拆包和粘包。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMjI4MTI4NDk_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 为什么会发生TCP粘包和拆包 ##

发生TCP粘包的原因：

*  发送方写入的数据小于套接字缓冲区大小
 *  接收方读取套接字缓冲区数据不及时

发生TCP拆包的原因：

*  发送方写入的数据大于套接字缓冲器大小
 *  发送方写入的数据大于MTU(Maximum Transmission Unit，最大传输单元)，必须拆包

一个TCP报文最大能传输65536个字节，也就是16Kb。

根本原因：TCP是流式协议，数据无边界。

## 怎么解决 ##

解决问题的根本手段就是找出消息的边界。

netty提供了以下三种方式解决TCP粘包和拆包问题：

*  DelimiterBasedFrameDecoder：分隔符。
 *  LineBasedFrameDecoder：结束符\\n。
 *  FixedLengthFrameDecoder：固定长度。
 *  LengthFieldBasedFrameDecoder+LengthFieldPrepender：自定义消息长度

### DelimiterBasedFrameDecoder分隔符 ###

DelimiterBasedFrameDecoder是通过发送方每条报文结束都添加特殊符号（例如 ） 作 为 报 文 分 隔 符 ， 接 收 方 通 过 特 殊 符 号 （ 例 如 \_）作为报文分隔符，接收方通过特殊符号（例如 ）作为报文分隔符，接收方通过特殊符号（例如\_）对报文进行切割。

发送方需要自行编码，添加分隔符，编码如下：

ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer(("hello" + i + "$_").getBytes())); // 以$_结尾

接收方的解码如下：

ch.pipeline().addLast(new DelimiterBasedFrameDecoder(1 << 10, Unpooled.copiedBuffer("$_".getBytes())));

缺点：发送的内容本身可能会出现分隔符，需要对发送的内容进行扫描并转义，接收到的内容也要进行反转义。

DelimiterBasedFrameDecoder提供了多个构造方法，最终调用的都是以下构造方法：

public DelimiterBasedFrameDecoder(int maxFrameLength, boolean stripDelimiter, boolean failFast, ByteBuf... delimiters)

参数说明：

*  maxLength：表示一行最大的长度，如果超过这个长度依然没有检测到分隔符，将会抛出TooLongFrameException。
 *  failFast：与maxLength联合使用，表示超过maxLength后，抛出TooLongFrameException的时机。如果为true，则超出maxLength后立即抛出TooLongFrameException，不继续进行解码；如果为false，则等到完整的消息被解码后，再抛出TooLongFrameException异常。
 *  stripDelimiter：解码后的消息是否去除分隔符。
 *  delimiters：分隔符。我们需要先将分割符，写入到ByteBuf中，然后当做参数传入。

### LineBasedFrameDecoder结束符\\n ###

LineBasedFrameDecoder可以当成是一种特殊的DelimiterBasedFrameDecoder，其分隔符为\\n或者\\r\\n。

发送方的编码如下：

ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer(("hello" + i + "\n").getBytes())); // 以\n结尾

接收方的解码如下：

ch.pipeline().addLast(new LineBasedFrameDecoder(1 << 10));

### FixedLengthFrameDecoder固定长度 ###

FixedLengthFrameDecoder是通过发送方固定每条报文长度均为n个字节，接收方也通过n个字节长度切分报文。

发送方需要自行补齐长度，编码如下：

ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer(("hello" + i + " ").getBytes())); // 补齐长度为16

接收方的解码如下：

ch.pipeline().addLast(new FixedLengthFrameDecoder(16));

缺点：如果发送的内容比较小，需要补齐长度，空间浪费，如果要发送的内容突然变大，需要调整发送方和接收方的长度。

### LengthFieldBasedFrameDecoder+LengthFieldPrepender自定义消息长度 ###

LengthFieldPrepender对自定义消息长度进行编码。

LengthFieldBasedFrameDecoder对自定义消息长度进行解码。

LengthFieldBasedFrameDecoder的构造方法如下：

public LengthFieldBasedFrameDecoder(ByteOrder byteOrder, int maxFrameLength, int lengthFieldOffset, int lengthFieldLength, int lengthAdjustment, int initialBytesToStrip, boolean failFast) {

参数说明：

*  byteOrder：数据存储采用大端模式或小端模式
 *  maxFrameLength：发送的数据帧最大长度
 *  lengthFieldOffset： 发送的字节数组中从下标lengthFieldOffset开始存放的是报文数据的长度。
 *  lengthFieldLength： 在发送的字节数组中，报文数据的长度占几位，也就是字节数组bytes\[lengthFieldOffset, lengthFieldOffset+lengthFieldLength\]存放的是报文数据的长度
 *  lengthAdjustment： 长度域的偏移量矫正。如果长度域的值，除了包含有效数据域的长度外，还包含了其他域（如长度域自身）长度，那么，就需要进行矫正。矫正的值为：包长-长度域的值-长度域偏移 – 长度域长。
 *  initialBytesToStrip：接收到的发送数据包，去除前initialBytesToStrip位
 *  failFast：为true表示读取到长度域超过maxFrameLength，就抛出一个TooLongFrameException。为false表示只有真正读取完长度域的值表示的字节之后，才会抛出TooLongFrameException，默认情况下设置为true，建议不要修改，否则可能会造成内存溢出。

### 场景一 ###

![在这里插入图片描述][20200710163642612.png]

*  lengthFieldOffset=0
 *  lengthFieldLength=2
 *  lengthAdjustment=0
 *  initialBytesToStrip=0

### 场景二 ###

![在这里插入图片描述][20200710163657279.png]

*  lengthFieldOffset=0
 *  lengthFieldLength=2
 *  lengthAdjustment=0
 *  initialBytesToStrip=2

### 场景三 ###

![在这里插入图片描述][2020071016370716.png]

*  lengthFieldOffset=0
 *  lengthFieldLength=2
 *  lengthAdjustment=整个包长（14）-长度域的值（14）-长度域偏移（0）-长度域长（2）=-2
 *  initialBytesToStrip=0

### 场景四 ###

![在这里插入图片描述][20200710163716997.png]

*  lengthFieldOffset=2
 *  lengthFieldLength=3
 *  lengthAdjustment=0
 *  initialBytesToStrip=0

### 场景五 ###

![在这里插入图片描述][20200710163725690.png]

*  lengthFieldOffset=0
 *  lengthFieldLength=3
 *  lengthAdjustment=2
 *  initialBytesToStrip=0

### 场景六 ###

![在这里插入图片描述][20200710163732990.png]

*  lengthFieldOffset=1
 *  lengthFieldLength=2
 *  lengthAdjustment=1
 *  initialBytesToStrip=3

### 场景七 ###

![在这里插入图片描述][20200710163741860.png]

*  lengthFieldOffset=1
 *  lengthFieldLength=2
 *  lengthAdjustment=整个包长（16）-长度域的值（16）-长度域偏移（1）-长度域长（2）=-3
 *  initialBytesToStrip=3

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![在这里插入图片描述][20200627175030665.jpg]

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[2020071016370716.png]: /images/20230209/9d95ae42016f4019a800ff154824e3e1.png
[20200710163716997.png]: /images/20230209/917de8113d584833b247ed7bc9dd967a.png
[20200710163725690.png]: /images/20230209/aaf250e5629b44b6bf48e1127b447efe.png
[20200710163732990.png]: /images/20230209/ac6542e997a049498f2cc5f897c2b542.png
[20200710163741860.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200710163741860.png
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