TCP粘包拆包的概念以及Netty解决TCP粘包拆包实例

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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:[">

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

客户端

可以看到，客户端收到的3条消息都粘在一起了

4、Netty解决粘包拆包

4.1、采用定长解决

客户端添加FixedLengthFrameDecoder消息定长解码器，服务端不用处理

运行结果

可以看到，客户端收到的消息确实是按字节数来分割的，但是由于一条消息的长度超过10个字节，所以在遇到中文字符时，会发生乱码，这也是定长分隔符的不足之处

4.2、采用分隔符

客户端修改initChannel方法，自定义 $ 为分隔符

服务端在消息的末尾加上自定义分隔符 $

那么客户端收到的消息就是单独的消息了，没有粘包

感谢各位的阅读，以上就是“TCP粘包拆包的概念以及Netty解决TCP粘包拆包实例”的内容了，经过本文的学习后，相信大家对TCP粘包拆包的概念以及Netty解决TCP粘包拆包实例这一问题有了更深刻的体会，具体使用情况还需要大家实践验证。这里是亿速云，小编将为大家推送更多相关知识点的文章，欢迎关注！