Netty学习总结（5）——Netty之TCP粘包/拆包问题的解决之道

无论是服务端还是客户端，读取或者发送消息的时候，都需要考虑TCP底层的粘包/拆包机制。

TCP粘包/拆包

TCP是个“流”协议。

流：没有界限的一串数据。如同河里的流水，它们是连成一片的，其间并没有分界线。

TCP底层并不了解上层业务数据的具体含义，它会根据TCP缓冲区的实际情况进行包的划分，所以在业务上认为，一个完整的包可能会被TCP拆分成多个包进行发送，也有可能把多个小的包封装成一个大的数据包发送，这就是所谓的TCP粘包和拆包问题。

TCP粘包/拆包问题说明



假设客户端分别发送了两个数据包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，故可能存在以下4种情况。

（1）服务端分两次读取到了两个独立的数据包，分别是D1和D2，没有粘包和拆包；

（2）服务端一次接收到了两个数据包，D1和D2粘合在一起，被称为TCP粘包；

（3）服务端分两次读取到了两个数据包，第一次读取到了完整的D1包和D2包的部分内容，第二次读取到了D2包的剩余内容，这被称为TCP拆包；

（4）服务端分两次读取到了两个数据包，第一次读取到了D1包的部分内容D1_1，第二次读取到了D1包的剩余内容D1_2和D2包的整包。

如果此时服务端TCP接收滑窗非常小，而数据包D1和D2比较大，很有可能会发生第5种可能，即服务端分多次才能将D1和D2包接收完全，期间发生多次拆包。

　TCP粘包/拆包发生的原因

（1）应用程序write写入的字节大小大于套接口发送缓冲区大小；

（2）进行MSS大小的TCP分段；

（3）以太网帧的payload大于MTU进行IP分片。



　粘包问题的解决策略

由于底层的TCP无法理解上层的业务数据，所以在底层是无法保证数据包不被拆分和重组的，这个问题只能通过上层的应用协议栈设计来解决。

（1）消息定长，例如每个报文的大小为固定长度200字节，如果不够，空位补空格；

（2）在包尾增加回车换行符进行分割，例如FTP协议；

（3）将消息分为消息头和消息体，消息头中包含表示消息总长度（或者消息体长度）的字段，通常设计思路为消息头的第一个字段使用int32来表示消息的总长度；

（4）更复杂的应用层协议。

未考虑TCP粘包导致功能异常案例





运行结果



服务端运行结果表明它只接收到了两条消息，第一条包含57条“QUERY TIME ORDER”指令，第二条包含了43条“QUERY TIME ORDER”指令，总数正好是100条。我们期待的是收到100条消息，每条包含一条“QUERY TIME ORDER”指令。这说明发生了TCP粘包。

客户端运行结果：

Now is : BAD ORDER

按照设计初衷，客户端应该收到100条当前系统时间的消息，但实际上只收到了一条。这不难理解，因为服务端只收到了2条请求消息，所以实际服务端只发送了2条应答，由于请求消息不满足查询条件，所以返回了2条“BAD ORDER”应答消息。但是实际上客户端只收到了一条包含2条“BAD ORDER”指令的消息，说明服务端返回的应答消息也发生了粘包。

由于上面的例程没有考虑TCP的粘包/拆包，所以当发生TCP粘包时，我们的程序就不能正常工作。

利用LineBasedFrameDecoder

解决TCP粘包问题

为了解决TCP粘包/拆包导致的半包读写问题，Netty默认提供了多种编解码器用于处理半包，只要能熟练掌握这些类库的使用，TCP粘包问题从此会变得非常容易，你甚至不需要关心它们，这也是其他NIO框架和JDK原生的NIO API所无法匹敌的。

支持TCP粘包的TimeServer





支持TCP粘包的TimeClient





LineBasedFrameDecoder和StringDecoder的原理分析

LineBasedFrameDecoder:依次遍历ByteBuf中的可读字节，判断看是否有“\n”或者“\r\n”，如果有，就以此位置为结束位置，从可读索引到结束位置区间的字节就组成了一行。它是以换行符为结束标志的解码器，支持携带结束符或者不携带结束符两种解码方式，同时支持配置单行的最大长度。如果连续读取到最大长度后仍然没有发现换行符，就会抛出异常，同时忽略掉之前读到的异常码流。

StringDecoder:将接收到的对象转换成字符串，然后继续调用后面的Handler。LineBasedFrameDecoder+StringDecoder组合就是按行切换的文本解码器，它被设计用来支持TCP的粘包和拆包。