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[Java教程]Netty(三)TCP粘包拆包处理


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。

 

源码下载

GitHub地址:https://github.com/orange1438/Netty_Course