C#中TCP粘包问题的解决方法

2020-01-24 00:34:35

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供稿：网友

一、TCP粘包产生的原理

1.TCP粘包是指发送方发送的若干包数据到接收方接收时粘成一包，从接收缓冲区看，后一包数据的头紧接着前一包数据的尾。出现粘包现象的原因是多方面的，它既可能由发送方造成，也可能由接收方造成。

2.发送方引起的粘包是由TCP协议本身造成的，TCP为提高传输效率，发送方往往要收集到足够多的数据后才发送一包数据。若连续几次发送的数据都很少，通常TCP会根据优化算法把这些数据合成一包后一次发送出去，这样接收方就收到了粘包数据。接收方引起的粘包是由于接收方用户进程不及时接收数据，从而导致粘包现象。

3.这是因为接收方先把收到的数据放在系统接收缓冲区，用户进程从该缓冲区取数据，若下一包数据到达时前一包数据尚未被用户进程取走，则下一包数据放到系统接收缓冲区时就接到前一包数据之后，而用户进程根据预先设定的缓冲区大小从系统接收缓冲区取数据，这样就一次取到了多包数据。、

二、解决原理及代码实现

1.采用包头（固定长度，里面存着包体的长度，发送时动态获取）+包体的传输机制。如图

HeaderSize 存放着包体的长度，其HeaderSize本身是定长4字节；

一个完整的数据包（L）=HeaderSize+BodySize;

2.分包算法

　　其基本思路是首先将待处理的接收数据流即系统缓冲区数据（长度设为M）强行转换成预定的结构数据形式，并从中取出结构数据长度字段L，而后根据包头计算得到第一包数据长度。

M=系统缓冲区大小；L=用户发送的数据包=HeaderSize+BodySize;

1)若L<M，则表明数据流包含多包数据，从其头部截取若干个字节存入临时缓冲区，剩余部分数据依此继续循环处理，直至结束。

2)若L=M，则表明数据流内容恰好是一完整结构数据（即用户自定义缓冲区等于系统接收缓冲区大小），直接将其存入临时缓冲区即可。

3)若L>M，则表明数据流内容尚不够构成一完整结构数据，需留待与下一包数据合并后再行处理。

4）下面是代码代码实现（HP-SOCKET框架的服务器端来接收数据）

int headSize = 4;//包头长度 固定4  byte[] surplusBuffer = null;//不完整的数据包，即用户自定义缓冲区  /// <summary>  /// 接收客户端发来的数据  /// </summary>  /// <param name="connId">每个客户的会话ID</param>  /// <param name="bytes">缓冲区数据</param>  /// <returns></returns>  private HandleResult OnReceive(IntPtr connId, byte[] bytes)   {   //bytes 为系统缓冲区数据   //bytesRead为系统缓冲区长度   int bytesRead = bytes.Length;   if (bytesRead > 0)   {    if (surplusBuffer == null)//判断是不是第一次接收，为空说是第一次     surplusBuffer = bytes;//把系统缓冲区数据放在自定义缓冲区里面    else     surplusBuffer = surplusBuffer.Concat(bytes).ToArray();//拼接上一次剩余的包    //已经完成读取每个数据包长度    int haveRead = 0;    //这里totalLen的长度有可能大于缓冲区大小的(因为 这里的surplusBuffer 是系统缓冲区+不完整的数据包)    int totalLen = surplusBuffer.Length;    while (haveRead <= totalLen)    {     //如果在N此拆解后剩余的数据包连一个包头的长度都不够     //说明是上次读取N个完整数据包后，剩下的最后一个非完整的数据包     if (totalLen - haveRead < headSize)     {      byte[] byteSub = new byte[totalLen - haveRead];      //把剩下不够一个完整的数据包存起来      Buffer.BlockCopy(surplusBuffer, haveRead, byteSub, 0, totalLen - haveRead);      surplusBuffer = byteSub;      totalLen = 0;      break;     }     //如果够了一个完整包，则读取包头的数据     byte[] headByte = new byte[headSize];     Buffer.BlockCopy(surplusBuffer, haveRead, headByte, 0, headSize);//从缓冲区里读取包头的字节     int bodySize = BitConverter.ToInt32(headByte, 0);//从包头里面分析出包体的长度     //这里的 haveRead=等于N个数据包的长度 从0开始；0,1,2,3....N     //如果自定义缓冲区拆解N个包后的长度 大于 总长度，说最后一段数据不够一个完整的包了，拆出来保存     if (haveRead + headSize + bodySize > totalLen)     {      byte[] byteSub = new byte[totalLen - haveRead];      Buffer.BlockCopy(surplusBuffer, haveRead, byteSub, 0, totalLen - haveRead);      surplusBuffer = byteSub;      break;     }     else     {      //挨个分解每个包，解析成实际文字      String strc = Encoding.UTF8.GetString(surplusBuffer, haveRead + headSize, bodySize);      //AddMsg(string.Format(" > [OnReceive] -> {0}", strc));      //依次累加当前的数据包的长度      haveRead = haveRead + headSize + bodySize;      if (headSize + bodySize == bytesRead)//如果当前接收的数据包长度正好等于缓冲区长度，则待拼接的不规则数据长度归0      {       surplusBuffer = null;//设置空 回到原始状态       totalLen = 0;//清0      }     }    }   }   return HandleResult.Ok;  }

值此完成拆包解析文字工作。但实际上还没完成，如果这段代码是客户端接收来自服务器的数据的话就没问题了。

仔细看IntPtr connId 每个连接的会话ID

private HandleResult OnReceive(IntPtr connId, byte[] bytes)

{

}

但是服务器端还要分辨出每个数据包是哪个会话产生的，因为服务器端是多线程，多用户的模式，第一个数据包和第二个可能来自不同会话的数据，所以上面的代码只适用于单会话模式。

下面我要解决这个问题。

采用c#安全的ConcurrentDictionary，具体参考 https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/dd287191(v=vs.110).aspx

最新的代码

//线程安全的字典  ConcurrentDictionary<IntPtr, byte[]> dic = new ConcurrentDictionary<IntPtr, byte[]>();  int headSize = 4;//包头长度 固定4  /// <summary>  /// 接收客户端发来的数据  /// </summary>  /// <param name="connId">每个客户的会话ID</param>  /// <param name="bytes">缓冲区数据</param>  /// <returns></returns>  private HandleResult OnReceive(IntPtr connId, byte[] bytes)   {   //bytes 为系统缓冲区数据   //bytesRead为系统缓冲区长度   int bytesRead = bytes.Length;   if (bytesRead > 0)   {    byte[] surplusBuffer = null;    if (dic.TryGetValue(connId, out surplusBuffer))    {     byte[] curBuffer = surplusBuffer.Concat(bytes).ToArray();//拼接上一次剩余的包     //更新会话ID 的最新字节     dic.TryUpdate(connId, curBuffer, surplusBuffer);     surplusBuffer = curBuffer;//同步    }    else    {     //添加会话ID的bytes     dic.TryAdd(connId, bytes);     surplusBuffer = bytes;//同步    }    //已经完成读取每个数据包长度    int haveRead = 0;    //这里totalLen的长度有可能大于缓冲区大小的(因为 这里的surplusBuffer 是系统缓冲区+不完整的数据包)    int totalLen = surplusBuffer.Length;    while (haveRead <= totalLen)    {     //如果在N此拆解后剩余的数据包连一个包头的长度都不够     //说明是上次读取N个完整数据包后，剩下的最后一个非完整的数据包     if (totalLen - haveRead < headSize)     {      byte[] byteSub = new byte[totalLen - haveRead];      //把剩下不够一个完整的数据包存起来      Buffer.BlockCopy(surplusBuffer, haveRead, byteSub, 0, totalLen - haveRead);      dic.TryUpdate(connId, byteSub, surplusBuffer);      surplusBuffer = byteSub;      totalLen = 0;      break;     }     //如果够了一个完整包，则读取包头的数据     byte[] headByte = new byte[headSize];     Buffer.BlockCopy(surplusBuffer, haveRead, headByte, 0, headSize);//从缓冲区里读取包头的字节     int bodySize = BitConverter.ToInt32(headByte, 0);//从包头里面分析出包体的长度     //这里的 haveRead=等于N个数据包的长度 从0开始；0,1,2,3....N     //如果自定义缓冲区拆解N个包后的长度 大于 总长度，说最后一段数据不够一个完整的包了，拆出来保存     if (haveRead + headSize + bodySize > totalLen)     {      byte[] byteSub = new byte[totalLen - haveRead];      Buffer.BlockCopy(surplusBuffer, haveRead, byteSub, 0, totalLen - haveRead);      dic.TryUpdate(connId, byteSub, surplusBuffer);      surplusBuffer = byteSub;      break;     }     else     {      //挨个分解每个包，解析成实际文字      String strc = Encoding.UTF8.GetString(surplusBuffer, haveRead + headSize, bodySize);      AddMsg(string.Format(" > {0}[OnReceive] -> {1}", connId, strc));      //依次累加当前的数据包的长度      haveRead = haveRead + headSize + bodySize;      if (headSize + bodySize == bytesRead)//如果当前接收的数据包长度正好等于缓冲区长度，则待拼接的不规则数据长度归0      {       byte[] xbtye=null;       dic.TryRemove(connId, out xbtye);       surplusBuffer = null;//设置空 回到原始状态       totalLen = 0;//清0      }     }    }   }   return HandleResult.Ok;  }

这样就解决了，多客户端会话造成的接收混乱。至此所有工作完成。以上代码就是为了参考学习，如果实在不想这么麻烦。可以直接使用HP-SOCKET通信框架的PACK模型，里面自动实现了解决粘包的问题。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持武林网。

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