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TCP粘包拆包以及Netty解决TCP粘包拆包

2020-02-03 02:44 645 查看

1、TCP粘包拆包

操作系统

我们都知道，操作系统的核心是内核，独立于普通的应用程序之外，可以访问受保护的内存空间，也有访问底层硬件设备的所有权限。
为了保护用户进程不能直接访问操作内核，保证内核的安全，操作系统划分为两部分，一部分为内核空间，另一部分为用户空间。

I/O模型

为了操作系统的安全考虑，进程是无法直接访问I/O设备的，必须通过系统调用请求内核来完成I/O操作，而内核会为每个I/O设备维护一个缓冲区(buffer)

整个请求过程为:

1、用户进程发起请求，内核接受到请求之后，从I/O设备获取数据到buffer中
2、再将buffer中的数据copy到用户进程的地址空间
3、该用户进程获取到数据之后再响应客户端

粘包和拆包

同样的，操作系统通过TCP协议发送数据的时候，也会先将数据存放在缓冲区中，假设缓冲区的大小为1024个字节

粘包

如果发送的数据包比较小，远小于缓冲区的大小，TCP会将多个数据包合并为一个数据包发送，这就发生了粘包

拆包

如果发送的数据包比较大，远大于缓冲区的大小，TCP会将数据包拆分为多个数据包发送，这就发生了拆包

服务端分两次读到了两个独立的数据包，分别是D1和D2，没有粘包和拆包

服务端一次接收到了两个数据包，D1和D2粘在一起，发生了粘包

服务端分两次读到了两个数据包，一次读到了完整的D1包和D2的部分包D2_1，第二次读到了D2剩下的包D2_2

服务端分两次读到了两个数据包，一次读到了D1的部分分D1_1,第二次读到了D1的剩下的包D1_2和完整的D2包

2、TCP粘包拆包解决

对于TCP粘包拆包问题，有以下4种解决办法

(1) 消息定长，例如每个数据包的大小都为128字节，如果不够，空位补空格

(2) 客户端在每个包的末尾使用固定的分隔符，例如\r\n，如果一个包被拆分了，则等待下一个包发送过来之后找到其中的\r\n，然后对其拆分后的头部部分与前一个包的剩余部分进行合并，这样就得到了一个完整的包

(3) 将消息分为头部和消息体，在头部中保存有当前整个消息的长度，只有在读取到足够长度的消息之后才算是读到了一个完整的消息

(4) 通过自定义协议进行粘包和拆包的处理

3、Netty粘包拆包示例

客户端向服务端发送3条消息，服务端在收到消息之后也回复客户端3条消息

客户端

public class HelloWorldClient {

private int port;
private String address;

public HelloWorldClient(int port, String address) {
this.port = port;
this.address = address;
}

public void start() {
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();

Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
bootstrap.group(group).channel(NioSocketChannel.class)
.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>(){

@Override
protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline();

pipeline.addLast("decoder", new StringDecoder());// 字符串解码和编码
pipeline.addLast("encoder", new StringEncoder());
pipeline.addLast("handler", new ChannelInboundHandlerAdapter(){

@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
System.out.println("客户端收到消息:[" + msg + "]");
}
});//自定义handler
}
});

try {
ChannelFuture future = bootstrap.connect(address,port).sync();
Channel channel = future.channel();
channel.writeAndFlush("我是客户端,地址:" + channel.remoteAddress());
channel.closeFuture().sync();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
group.shutdownGracefully();
}
}

public static void main(String[] args) {
HelloWorldClient client = new HelloWorldClient(8888, "127.0.0.1");
client.start();
}
}

服务端

public class HelloWorldServer {

private int port;

public HelloWorldServer(int port) {
this.port = port;
}

public void start(){
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();//创建父子线程组
EventLoopGroup workGroup = new NioEventLoopGroup();

ServerBootstrap server = new ServerBootstrap();
server.group(bossGroup, workGroup)
.channel(NioServerSocketChannel.class)//指定处理客户端的通道
.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>(){

@Override
protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline();

pipeline.addLast("decoder", new StringDecoder());// 字符串解码和编码
pipeline.addLast("encoder", new StringEncoder());
pipeline.addLast("handler", new ChannelInboundHandlerAdapter(){

@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
System.out.println("服务端收到消息:[" + msg + "]");
ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("我是服务端".getBytes()));
ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("我是服务端".getBytes()));
ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("我是服务端".getBytes()));
}
});//自定义handler
}
});//通道初始化
try {
ChannelFuture future = server.bind(port).sync();
future.channel().closeFuture().sync();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally{
bossGroup.shutdownGracefully();
workGroup.shutdownGracefully();
}
}

public static void main(String[] args) {
HelloWorldServer server = new HelloWorldServer(8888);
server.start();
}
}

运行结果：
服务端