Netty（三）TCP粘包拆包处理

2019-11-14 14:56:27

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供稿：网友

tcp是一个“流”的协议，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，这就是所谓的TCP粘包和拆包问题。

粘包、拆包问题说明

假设客户端分别发送数据包D1和D2给服务端，由于服务端一次性读取到的字节数是不确定的，所以可能存在以下4种情况。

1.服务端分2次读取到了两个独立的包，分别是D1,D2,没有粘包和拆包；
2.服务端一次性接收了两个包，D1和D2粘在一起了，被成为TCP粘包;
3.服务端分2次读取到了两个数据包，第一次读取到了完整的D1和D2包的部分内容,第二次读取到了D2包的剩余内容，这被称为拆包；
4.服务端分2次读取到了两个数据包，第一次读取到了部分D1，第二次读取D1剩余的部分和完整的D2包；

如果此时服务端TCP接收滑动窗非常小,而数据包D1和D2都很大，很有可能发送第五种可能，即服务端多次才能把D1和D2接收完全，期间多次发生拆包情况。（TCP接收滑动窗：是接收端的大小，随着流量大小而变化，如果我的解释还不明确，请读者自行百度，或者查阅《计算机网络》、《TCP/ip》中TCP的内容）

粘包问题的解决策略

由于底层的TCP无法理解上层的业务逻辑，所以在底层是无法确保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，根据业界的主流协议的解决方案，归纳如下：

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，通常设计思路是消息头的第一个字段用int来表示消息的总长度；（我之前linux C开发，就用的这种）。
4.更复杂的应用层协议；

为了解决TCP粘包拆包的问题，Netty默认提供了多种编码器来处理，以下通过代码来说明；

服务端：

 1 public class TimeServer { 2 /* --------      和Netty入门章节一样的代码     -------- */ 3     PRivate class ChildChannelHandler extends ChannelInitializer<SocketChannel>{ 4         @Override 5         protected  void initChannel(SocketChannel arg0)throws Exception{ 6             // 增加 LineBasedFrameDecoder 和StringDecoder编码器 7             arg0.pipeline().addLast(new LineBasedFrameDecoder(1024)); 8             arg0.pipeline().addLast(new StringDecoder()); 9             arg0.pipeline().addLast(new TimeServerHandler());10         }11     }12 13 /* --------      和Netty入门章节一样的代码     -------- */14 }

 1 public class TimeServerHandler extends ChannelHandlerAdapter{ 2  3     private int counter; 4  5     // 用于网络的读写操作 6     @Override 7     public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx,Object msg) 8             throws Exception{ 9 10         String body = (String)msg;11         System.out.println("the time server order : " + body+";the counter is :"+ (++counter));12 13         String currentTime = "QUERY TIME ORDER".equalsIgnoreCase(body)?new Date(14                 System.currentTimeMillis()).toString():"BAD ORDER";15         currentTime +=System.getProperty("line.separator");   // System.getProperty("line.separator")，获取/n的作用16         ByteBuf resp = Unpooled.copiedBuffer(currentTime.getBytes());17         ctx.writeAndFlush(resp);18 19         // 当客户端和服务端建立tcp成功之后，Netty的NIO线程会调用channelActive20         // 发送查询时间的指令给服务端。21         // 调用ChannelHandlerContext的writeAndFlush方法，将请求消息发送给服务端22         // 当服务端应答时，channelRead方法被调用23     }24 25     @Override26     public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx,Throwable cause){27         ctx.close();28     }29 }

客服端

 1 public class TimeClient { 2     public void connect(String host,int port)throws Exception{ 3         // 配置服务端的NIO线程组 4         EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup(); 5  6         try { 7             // Bootstrap 类，是启动NIO服务器的辅助启动类 8             Bootstrap b = new Bootstrap(); 9             b.group(group).channel(NioSocketChannel.class)10                     .option(ChannelOption.TCP_NODELAY,true)11                     .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {12                         @Override13                         public void initChannel(SocketChannel ch)14                                 throws Exception{15                             // 增加 LineBasedFrameDecoder 和StringDecoder编码器16                             ch.pipeline().addLast(new LineBasedFrameDecoder(1024));17                             ch.pipeline().addLast(new StringDecoder());18                             ch.pipeline().addLast(new TimeClientHandler());19                         }20                     });21 22             // 发起异步连接操作23             ChannelFuture f= b.connect(host,port).sync();24 25             // 等待客服端链路关闭26             f.channel().closeFuture().sync();27         }finally {28             group.shutdownGracefully();29         }30     }31 32     public static void main(String[]args)throws Exception{33         int port = 8080;34         if(args!=null && args.length>0){35             try {36                 port = Integer.valueOf(args[0]);37             }38             catch (NumberFormatException ex){}39         }40         new TimeClient().connect("127.0.0.1",port);41     }42 }

以上的代码，主要就是增加 LineBasedFrameDecoder 和StringDecoder编码器来处理粘包、拆包问题。全部项目代码，源码在src/main/java/NettyStickyPacket下，分为客户端和服务端，他们的代码基本和Netty入门章节的代码类似，只是增加了解码器。

LineBasedFrameDecoder 和StringDecoder编码器说明

LineBasedFrameDecoder 工作原理：依次编译bytebuf中的可读字符，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功能：将接收到的对象转成字符串，然后继续调用后面的handler。 LineBasedFrameDecoder + StringDecoder组成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。

可能读者会提出新的疑问：如果发送的消息不是以换行符结束怎么办？或者没有回车换行符，靠消息头中的长度字段来分包怎么办？是不是需要自己写半包解码器？答案是否定的，Netty提供了多种支持TCP粘包/拆包的解码器。

关于“分隔符解码器”，下一章单独讲解说明。