Netty5入门学习笔记002-TCP粘包/拆包问题的解决之道（上）

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。

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。

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。