TCP粘包和拆包
创始人
2024-04-09 03:29:32

TCP粘包和拆包

(1)TCP是面向连接的,面向流的,提供可靠性服务。收发两端(客户端和服务端)都要有一一成对的socket,因此,发送端为了将多个发给接收端的包,更有效的发给对方,使用了优化方法(Nagle算法),将多次间隔较小且数据量小的数据,合并成一个大的数据块,然后进行封包。这样做虽然提高了效率,但是接收端难于分辨出完整的数据包,因为面向流的通信是无消息保护边界的。
(2)由于TCP无消息保护边界,需要在接收端处理消息边界问题,也就是我们所说的粘包和拆包问题。
(3)TCP粘包、拆包图解
在这里插入图片描述
下面我们通过Netty实验还原场景:
我们通过这样的方法来还原粘包和拆包场景,客户端循环想服务端发送10条消息,服务端每次接收到消息即想客户端返回一个UUID,我们可以通过观察,这10条消息服务端接收过程中并不是一次性接收的,并且每次发送接收结果不一,说明部分消息发生了粘包现象(拆包现象)

服务端:
MyServer

package com.sgg.Netty.TCP;import com.sgg.Netty.simple.NettyServerhandler;
import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.*;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;public class MyServer {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {//创建BossGroup和WorkerGroup//说明//1、创建两个线程组BossGroup和WorkerGroup//2、BossGroup只负责处理请求,真正和客户端的业务处理会交给WorkerGroup//3、两个都是无限循环EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();//创建服务端的启动对象,配置启动参数ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();//使用链式变成来进行设置bootstrap.group(bossGroup,workerGroup)       //设置两个线程组.channel(NioServerSocketChannel.class)     //使用NioServerSocketChannel作为服务器的通道实现.option(ChannelOption.SO_BACKLOG,128)       //设置线程队列的连接个数.childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE,true)       //设置保持活动连接状态.childHandler(new MyServerInitializer());System.out.println(".....服务器准备好了");// Future-Listener机制//绑定一个端口并且同步,生成一个ChannelFuture对象ChannelFuture cf = bootstrap.bind(6668).sync();//给cf注册监听器,监控我们关心的事件cf.addListener(new ChannelFutureListener() {@Overridepublic void operationComplete(ChannelFuture channelFuture) throws Exception {if(cf.isSuccess()){System.out.println("监听端口成功");}else{System.out.println("监听端口失败");}}});//对关闭通道进行监听cf.channel().closeFuture().sync();}
}

MyServerInitializer

package com.sgg.Netty.TCP;import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelPipeline;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;public class MyServerInitializer extends ChannelInitializer {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline();pipeline.addLast(new MyServerhandler());}
}

MyServerhandler

package com.sgg.Netty.TCP;import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;import java.nio.charset.Charset;
import java.util.UUID;public class MyServerhandler extends SimpleChannelInboundHandler {private int count;@Overrideprotected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, ByteBuf byteBuf) throws Exception {//byte[] buffer = new byte[byteBuf.readableBytes()];byteBuf.readBytes(buffer);//将buffer转成字符串String message = new String(buffer, Charset.forName("utf-8"));System.out.println("服务器接收到数据"+ message);System.out.println("服务器端接收到消息="+ (++this.count));//服务端回送数据给客户端,回送 一个随机的IDByteBuf responseByteBuf = Unpooled.copiedBuffer(UUID.randomUUID().toString()+"  ",Charset.forName("utf-8"));channelHandlerContext.writeAndFlush(responseByteBuf);}@Overridepublic void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {cause.printStackTrace();ctx.close();}
}

MyClient

package com.sgg.Netty.TCP;import com.sgg.Netty.http.TestServerInitializer;
import com.sgg.Netty.simple.NettyClienthandler;
import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;public class MyClient {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {//客户端需要一个事件循环组NioEventLoopGroup eventLoopGroup = new NioEventLoopGroup();try {//创建客户端启动对象//注意客户端不是ServerBootstrap,是BootstrapBootstrap bootstrap = new Bootstrap();//设置相关参数bootstrap.group(eventLoopGroup).channel(NioSocketChannel.class).handler(new MyClientInitializer());System.out.println("客户端OK");//启动客户端ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("127.0.0.1", 6668).sync();//给关闭通道进行监听channelFuture.channel().closeFuture().sync();} finally {//关闭eventLoopGroup.shutdownGracefully();}}
}

MyClientInitializer

package com.sgg.Netty.TCP;import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelPipeline;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;public class MyClientInitializer extends ChannelInitializer {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline();pipeline.addLast(new MyClienthandler());}
}

MyClienthandler

package com.sgg.Netty.TCP;import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;import java.nio.charset.Charset;public class MyClienthandler extends SimpleChannelInboundHandler {private int count;@Overrideprotected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, ByteBuf byteBuf) throws Exception {byte[] buffer = new byte[byteBuf.readableBytes()];byteBuf.readBytes(buffer);String message = new String(buffer,Charset.forName("utf-8"));System.out.println("客户端接收到消息="+message);System.out.println("客户端接收消息数量="+(++this.count));}@Overridepublic void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {//使用客户端发送10条数据for(int i=0;i<10;i++){ByteBuf buffer =  Unpooled.copiedBuffer("hello,server"+i, Charset.forName("utf-8"));ctx.writeAndFlush(buffer);}}@Overridepublic void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {cause.printStackTrace();ctx.close();}
}

最终我们可以看到:
服务端入下,同样客户端返回的随机数个数与接收次数统一
在这里插入图片描述那么我们怎么解决TCP的粘包和拆包呢??

TCP粘包和拆包解决方案

(1)使用自定义协议+编解码器 来解决
(2)关键就是要解决 服务器每次读取数据长度的问题,这个问题解决,就不会出现服务器多读或少读数据的问题,从而避免TCP粘包和拆包

具体实例:
(1)要求客户端发送5个Message对象,客户端每次发送一个Message对象
(2)服务端每次接收一个Message,分5次进行解码,每读到一个Message,会回复一个Message对象给客户端。

下面我们来讲解一下我们的思路:
(1)首先我们需要定义一个协议包的对象,也就是定义协议传输的格式
(2)我们需要根据这个协议包的格式来编写编码解码器的handler:MyMessageEncoder、MyMessageDecoder
(3)我们编写具体的消息发送和消息响应的自定义handler
在这里插入图片描述
下面我们来看具体实现:
MessageProtocal (协议包类)

package com.sgg.Netty.protocolTCP;//协议包
public class MessageProtocal {private int len;// 关键private byte[] content;public int getLen() {return len;}public void setLen(int len) {this.len = len;}public byte[] getContent() {return content;}public void setContent(byte[] content) {this.content = content;}
}

MyMessageEncoder (编码器类:将消息转换成协议包对象)

package com.sgg.Netty.protocolTCP;import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.handler.codec.MessageToByteEncoder;public class MyMessageEncoder extends MessageToByteEncoder {@Overrideprotected void encode(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, MessageProtocal messageProtocal, ByteBuf byteBuf) throws Exception {System.out.println("MyMessageEncoder encode 方法调用");byteBuf.writeInt(messageProtocal.getLen());     byteBuf.writeBytes(messageProtocal.getContent());}
}

MyMessageDecoder (解码器类:将协议包对象解码为消息)

package com.sgg.Netty.protocolTCP;import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.handler.codec.ReplayingDecoder;import java.util.List;public class MyMessageDecoder extends ReplayingDecoder {@Overrideprotected void decode(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, ByteBuf byteBuf, List list) throws Exception {System.out.println("MyMessageDecoder decode方法被调用");//获取length、contentint length= byteBuf.readInt();byte[] content = new byte[length];byteBuf.readBytes(content);//封装成MessageProtlcol对象,放入byteBuf,传递到下一个handlerMessageProtocal messageProtocal = new MessageProtocal();messageProtocal.setLen(length);messageProtocal.setContent(content);//将封装的messageProtocal对象放入listlist.add(messageProtocal);}
} 

服务端类:MyServer、MyServerInitializer、MyServerhandler
MyServer

package com.sgg.Netty.protocolTCP;import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelFutureListener;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;public class MyServer {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {//创建BossGroup和WorkerGroup//说明//1、创建两个线程组BossGroup和WorkerGroup//2、BossGroup只负责处理请求,真正和客户端的业务处理会交给WorkerGroup//3、两个都是无限循环EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();//创建服务端的启动对象,配置启动参数ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();//使用链式变成来进行设置bootstrap.group(bossGroup,workerGroup)       //设置两个线程组.channel(NioServerSocketChannel.class)     //使用NioServerSocketChannel作为服务器的通道实现.option(ChannelOption.SO_BACKLOG,128)       //设置线程队列的连接个数.childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE,true)       //设置保持活动连接状态.childHandler(new MyServerInitializer());System.out.println(".....服务器准备好了");// Future-Listener机制//绑定一个端口并且同步,生成一个ChannelFuture对象ChannelFuture cf = bootstrap.bind(6668).sync();//给cf注册监听器,监控我们关心的事件cf.addListener(new ChannelFutureListener() {@Overridepublic void operationComplete(ChannelFuture channelFuture) throws Exception {if(cf.isSuccess()){System.out.println("监听端口成功");}else{System.out.println("监听端口失败");}}});//对关闭通道进行监听cf.channel().closeFuture().sync();}
}

MyServerInitializer

package com.sgg.Netty.protocolTCP;import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelPipeline;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;public class MyServerInitializer extends ChannelInitializer {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline();pipeline.addLast(new MyMessageDecoder());  //添加加码器handler到pipelinepipeline.addLast(new MyMessageEncoder());  //添加解码器handler到pipelinepipeline.addLast(new MyServerhandler());}
}

MyServerhandler

package com.sgg.Netty.protocolTCP;import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;import java.nio.charset.Charset;
import java.util.UUID;public class MyServerhandler extends SimpleChannelInboundHandler {private int count;@Overridepublic void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {cause.printStackTrace();ctx.close();}@Overrideprotected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, MessageProtocal messageProtocal) throws Exception {//接收到数据,并处理int len = messageProtocal.getLen();byte[] content = messageProtocal.getContent();System.out.println();System.out.println();System.out.println("服务器收到消息如下:");System.out.println("长度="+len);System.out.println("内容="+new String(content,Charset.forName("utf-8")));System.out.println("服务器接收到消息包数量:"+(++this.count));//回复消息//定义一个字符串String responseContent = UUID.randomUUID().toString();//将字符串转为byte数组byte[] rescontent = responseContent.getBytes("utf-8");//得到数据长度int reslength = responseContent.getBytes("utf-8").length;//封装成messageProtocal1对象MessageProtocal messageProtocal1 = new MessageProtocal();messageProtocal1.setLen(reslength);messageProtocal1.setContent(rescontent);channelHandlerContext.writeAndFlush(messageProtocal1);}
}

客户端类:MyClient、MyClientInitializer、MyClienthandler
MyClient

package com.sgg.Netty.protocolTCP;import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;public class MyClient {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {//客户端需要一个事件循环组NioEventLoopGroup eventLoopGroup = new NioEventLoopGroup();try {//创建客户端启动对象//注意客户端不是ServerBootstrap,是BootstrapBootstrap bootstrap = new Bootstrap();//设置相关参数bootstrap.group(eventLoopGroup).channel(NioSocketChannel.class).handler(new MyClientInitializer());System.out.println("客户端OK");//启动客户端ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("127.0.0.1", 6668).sync();//给关闭通道进行监听channelFuture.channel().closeFuture().sync();} finally {//关闭eventLoopGroup.shutdownGracefully();}}
}

MyClientInitializer

package com.sgg.Netty.protocolTCP;import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelPipeline;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;public class MyClientInitializer extends ChannelInitializer {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline();pipeline.addLast(new MyMessageEncoder());pipeline.addLast(new MyMessageDecoder());pipeline.addLast(new MyClienthandler());}
}

MyClienthandler

package com.sgg.Netty.protocolTCP;import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.StandardCharsets;public class MyClienthandler extends SimpleChannelInboundHandler {private int count;@Overrideprotected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, MessageProtocal messageProtocal) throws Exception {int len = messageProtocal.getLen();byte[] content = messageProtocal.getContent();System.out.println();System.out.println();System.out.println("客户端接收消息如下:");System.out.println("长度:"+len);System.out.println("内容:"+new String(content,Charset.forName("utf-8")));System.out.println("客户端接收消息数量"+(++this.count));}@Overridepublic void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {//使用客户端发送10条数据for(int i=0;i<5;i++){String mes = "今天天气冷";byte[] content = mes.getBytes(Charset.forName("utf-8"));int length = mes.getBytes(Charset.forName("utf-8")).length;//创建协议包对象MessageProtocal messageProtocal = new MessageProtocal();messageProtocal.setLen(length);messageProtocal.setContent(content);ctx.writeAndFlush(messageProtocal);}}@Overridepublic void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {System.out.println("异常信息="+cause.getMessage());ctx.close();}}

如上我们可以得到结果如下,不论怎么发送,消息永远不会发生粘包和拆包的现象:
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

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