IOCP的一些思考（粘包，断包的处理）

最近接触了IOCP服务器的编写，对IOCP有了自己的一些认识，希望能对希望正在使用IOCP 的有些建议。我对IOCP了解不多，只是用到了，所以看了一下，还没怎么熟悉。

IOCP的一大优势是高并发率，同时连接1万个用户，CPU的使用率也不会很高，只是内存稍微增大一些了。而且对CPU的利用率很好，线程的量被固定了，所以线程可以更好的处理事情。

CompletionPort = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, 0, 0);//创建完成端口

for(i=0;i
        CreateThread(NULL, 0, WorkerThread, CompletionPort, 0, &dwThreadId);//根据CPU的数量创建线程个数，最好的是2*CPU+2
    }

sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);//监听端口

sClient = accept(sListen, (struct sockaddr *)&client, &iaddrSize);
    //把新连入的Socket(也就是前面所谓的设备句柄)，与目前的完成端口绑定在一起。
    CreateIoCompletionPort((HANDLE)sClient, CompletionPort, (DWORD)sClient, 0);

    lpPerIOData = (LPPER_IO_OPERATION_DATA)HeapAlloc(GetProcessHeap(),HEAP_ZERO_MEMORY,sizeof(PER_IO_OPERATION_DATA));
    lpPerIOData->Buffer.len = MAX_PACKBUFFER_SIZE;
    lpPerIOData->Buffer.buf = lpPerIOData->szMessage;
    lpPerIOData->OperationType = RECV_POSTED;
    WSARecv(sClient,&lpPerIOData->Buffer,1,&lpPerIOData->NumberOfBytesRecvd,&lpPerIOData->Flags, &lpPerIOData->overlap,NULL);

//接收数据

static DWORD WINAPI server::WorkerThread(LPVOID CompletionPortID)
    {
        HANDLE CompletionPort=(HANDLE)CompletionPortID;
        DWORD dwBytesTransferred;
        SOCKET sClient;
        LPPER_IO_OPERATION_DATA lpPerIOData = NULL;
        while (TRUE)
        {

            GetQueuedCompletionStatus(CompletionPort,&dwBytesTransferred,(PULONG_PTR)&sClient,(LPOVERLAPPED *)&lpPerIOData,INFINITE);
            if (dwBytesTransferred == 0xFFFFFFFF)
            {
                return 0;
             }

            if (lpPerIOData->OperationType == RECV_POSTED)
            {


                if (dwBytesTransferred == 0)
                {
                // Connection was closed by client，将在线状态值设为0

                }
                else
                {

                    //接收数据操作
                    LPNET_PACK pack;
                    pack=(LPNET_PACK)lpPerIOData->szMessage;


                    //将数据重新装填
                    memset(lpPerIOData, 0, sizeof(PER_IO_OPERATION_DATA));
                    lpPerIOData->Buffer.len = MAX_PACKBUFFER_SIZE;
                    lpPerIOData->Buffer.buf = lpPerIOData->szMessage;
                    lpPerIOData->OperationType = RECV_POSTED;

                    WSARecv(sClient,&lpPerIOData->Buffer,1,&lpPerIOData->NumberOfBytesRecvd,&lpPerIOData->Flags,&lpPerIOData->overlap,NULL);
                }
            }
        }
        return 0;
    }

1、静态函数问题，这一块是我个人的认识。因为线程的创建，线程函数是静态的，这样导致所有你处理的数据必须都是静态的，因为静态函数是在编译的时候就初始化了，所以无法处理一些类的非静态函数。这里可以综合考虑多种方式进行处理，动态链表，动态指针，动态存储区，这些需要new，动态申请空间的语句。还可以通过map，list这类可以动态增长的类型。

2、数据包的顺序问题。这个很重要，算是IOCP的一个缺点吧。因为多个线程从完成端口中取数据处理，难免有些线程处理过慢，过快，然后导致包的顺序处理错位，这对于服务器负责转发的时候是一个致命的问题。比如我的服务器负责客户端之间的转发数据，比如聊天数据，这时候，如果包的转发顺序错乱，则会使数据接收有问题。转发文件更称问题。我的解决方案是，服务器设置一个缓冲区，接收整个文件，接收完成后，将数据进行发出去。还有一种方法，不过会降低效率，控制数据发送的速度，比如100毫秒发送一个包，这样可以强制服务器顺序接收，不过服务器的性能如果很不好的话，这个方法还是不行。所以还是缓冲区好一些。

3、粘包的问题。所谓的粘包，我个人理解是，不同的系统在做相关的TCP发送操作的时候，会根据Nagle算法将数据包进行合并操作，所以那个时候自己做的相关操作包就会被封装在一起，这往往是我们不想看到的。这个解决方法很简单，将socket的类型进行设置一下就可以，将socket的类型设置为禁用nagle算法，即设置TCP_NODELAY这个。这个也可以解决2的问题，不需要100毫秒进行发送了。具体解释在http://blog.csdn.net/wangqing008/article/details/17403353

4、继续IOCP中的粘包和断包处理。对于第三点，其实我当时理解不多，或者说理解不够深入。其实禁用掉Nagle算法会有些改观，但是因为禁用掉Nagle算法后，程序运行比之前好很多，我以为已经解决了问题。但是还是自己考虑不周全。如果在公网上测试，特别是一些3G的网络测试，便会发现，粘包断包的问题很严重，具体原因在

http://blog.csdn.net/wangqing008/article/details/17403353后半部分。

我这里贴上解决办法，我这里的解决办法，是我自己想到的，但是我觉得并不是特别好，希望有更好的解决方案的朋友指点一下啊，因为搜了一些这种文章，最后没给自己的应用有多大帮助，最后还是按自己的想法做了。

我自己的想法是这样的，定义一个包头，包头 = 标示符+校验位+包长度，最关键的就这几个信息。在对数据进行粘包处理的时候比较简单，直接按包的结构取数据就好了。有一个比较棘手的是断包（因为TCP是流式协议），所以，最重要的是还如何处理断包，以发送“&&&&abcdefg”为一个包为例，其中“&&&&”为包头。

出现的几种情况这里简单说一下

（1）、断包分为两部分，一部分包括包头，另一部分包括数据部分。比如“&&&&abc”+“defg”，这种是最常见的，比较好解决，首先对包头进行检测，发现该断包的时候，将该断包存储到缓冲区内，作为备份。然后遇到下一个非完整数据（这里可以认为是包尾）与缓冲区内的数据进行拼包，然后对拼起来的包进行CRC校验，因为之前包头内有校验位，所以这里很好解决。这里就可以判断出一个包是否可以拼接起来。

（2）、断包分为两部分，一部分包括包头的一部分，另一部分包括“包头另一份+数据部分”，比如，“&&”+“&&abcdefg”，这种情况下，则直接将包丢弃了，因为无法对包头进行解析，将收到“&&”时直接将该断头包丢弃，然后接下来收到&&abcdefg的时候，与缓冲区内的数据进行拼包，发现拼接不了，这个时候，则是对接受到的缓冲区根据标示符查找下一个包数据，其实这里的意思则是把&&abcdefg丢弃掉。

（3）、断包分为三部分（或者四部分等等），分为三部分的这种情况对我来说，目前都是无法解决的。因为不论怎样，中间都会存在一个断头断尾包，这个是最令人讨厌的，无法完成拼包。按照2的逻辑需要丢弃。

其实我这里和TCP的处理方式差不多，不过TCP做的更好，因为TCP至少保证了不会出现丢包（这个是一个假设，当然他是可能丢包的，那个时候估计TCP的连接也会断开），但是TCP可以保证流的顺序到达，所以他的数据是顺序的。对于服务器来说，为什么要处理断包是因为，服务器是一个多线程的。对IOCP尤其如此，因为每个线程都去取数据，虽然数据到达顺序一定，但是线程处理速度不一定，导致TCP堆栈内的数据进入应用层的时间不一样。这个可以去了解IOCP的流程，我记得有一个讲的非常通俗易懂，有时间转载过来。

还有一种处理方式，我大致说一下解决方案，另外一个是对包的定义变化，额外定义了一个包尾，也就是数据包 = “包头”+“数据”+“包尾”，然后这种方式的话，有一点好处就是拼包的时候会更快，包头和包尾有相关联的信息，比如sequence是一致的，则可以直接去匹配，而不用我上面的说的方式去计算校验值。但是这种方法最终也是要计算校验值的。我个人觉得第一张方案比较好，因为有了包尾的限制，其实对数据的处理往往复杂多变，包尾的标识符，可能也会因为数据中存在相同的数据存在而被误认为是包尾。

这两种方案目前自己都实现了，因为第二种是导师提出的，但是我个人还是倾向第一种，最终还是用了第二种，原因惟“导师”2字。

下面贴出来大致流程，我把代码简化了，可能用不了了。存储断头包的时候，我用的map和list来实现的。对于第二种有包尾的方案，我用的是双层map来实现的。

//接收数据操作
    LPNET_PACK pack;
    pack=(LPNET_PACK)lpPerIOData->szMessage;
    //起始读取位置
    int nlen=0;
    //检查是否是包尾，进行拼包检查
    if(pack->m_nSeque == PACK_SEQUE){
        if(!pack->VerifyCRC()){
            //是一个残包（只有一个有包头的前半部分半包）
            // 或者断包（一个后半部分的半包+若干其他包）

            if(dwBytesTransferred>=pack->m_nSize){
                //判断是否是一个断包
                goto pinbao;
            }
            else{
                //收到的数据就是一个残包，直接进行断包处理，存储断包
            }
        }
        //运行到这里是一个正常包

    }
    else{
ao:
        //进行拼包处理
        //取出来list
        list slist;
        map>::iterator listiter;
        listiter=socketlist.find(sClient);
        if(listiter!=socketlist.end()){
            slist = listiter->second;
        }else{
            //正常情况下不会执行,需要进行错误处理
        }
        list::iterator iter;
        iter=slist.begin();
        //申请一个缓冲区空间
        char * buffer =NULL;
        for(int newi=0;newi<5;newi++){
            try{
                buffer = new char[MAX_PACKBUFFER_SIZE];
                if(buffer != NULL){
                    break;
                }
            }
            catch(...){
                buffer = NULL;
                printf("申请内存失败\n");
            }
            Sleep(20*(newi+1));
        }

        while(buffer!=NULL&&iter!=slist.end()){
            //取出offpack的包
            OFFPACK offpack;
            offpack = *(iter);
            //添加
            pack = (LPNET_PACK)offpack.buff;

            int bufferlength = pack->m_nSize;
            //将数据取出
            int packlength = (int)pack->m_nSize-offpack.length;
            if(packlength-1<0 //剩下的部分大于要拼的，也即是拼起来也不够
                ||packlength>MAX_PACKBUFFER_SIZE){//拼起来长度过长 都略过
                iter++;
                continue;
            }

            //对缓冲区清零
            memset(buffer,0,MAX_PACKBUFFER_SIZE);
            //拼接
            memcpy(buffer,pack,packlength);
            memcpy(buffer+packlength,lpPerIOData->szMessage,offpack.length);
            pack=(LPNET_PACK)buffer;
            //计算CRC校验
            if(pack->VerifyCRC()){
                //拼包成功
                DealRecvPack();
                //清除掉内存
                delete offpack.buff;
                //将读取指针移位
                nlen=offpack.length;
                //将断头包去掉
                slist.erase(iter);
                //退出循环
                break;
            }else{
                //拼包不成功，继续尝试下一个包
                cout<<"出现问题"<
            }
            iter++;
        }
        //清空缓冲区
        if(buffer != NULL){
            delete buffer;
        }

        //找下一个包头数据，找标识符，packseque校验
        while(nlen
            pack = (LPNET_PACK)(lpPerIOData->szMessage+nlen);
            if(pack->m_nSeque == PACK_SEQUE){//&&
                if(pack->VerifyCRC()){
                    //下一个正常报，跳出while循环
                    break;
                }
                else if(pack->m_nSize>(int)dwBytesTransferred-nlen){
                    //剩余一个只有包头的包
                    break;
                }
                else{
                    //出现断头断尾包，忽略
                    cout<<"出现忽略的包"<
                }

            }
            nlen++;
            cout<<"忽略包"<
        }
    }

    while(nlen<(int)dwBytesTransferred){
        //将数据取出来
        pack=(LPNET_PACK)(lpPerIOData->szMessage+nlen);
        //校验CRC,包错误,跳过这个包
        if(!pack->VerifyCRC()){
            if((int)dwBytesTransferred-nlen>=8){
                nlen += pack->m_nSize;
                //将地址指针存入map（map 存放list）
                char * buffer = NULL;
                for(int newi=0;newi<5;newi++){
                    try{
                        buffer = new char[pack->m_nSize];
                        if(buffer != NULL){
                            break;
                        }
                    }
                    catch(...){
                        buffer = NULL;
                        printf("申请内存失败\n");
                    }
                        Sleep(20*(newi+1));
                }
                if(buffer == NULL){
                    break;
                }
                memcpy(buffer,pack,pack->m_nSize-(nlen-(int)dwBytesTransferred));
                //加入到断包
                //取出来list
                list slist;

                //添加入断头包list，呵呵
                OFFPACK offpack;
                offpack.buff=buffer;
                offpack.length=nlen-(int)dwBytesTransferred;
                slist.push_back(offpack);

                map>::iterator listiter;
                listiter=socketlist.find(sClient);
                if(listiter!=socketlist.end()){
                    listiter->second = slist;
                    //避免下一个包不会出现断头断尾包
                    Sleep(10);
                }else{
                    //正常情况下不会执行
                }
                break;
            }
            else{//(nlen-(int)dwBytesTransferred>0)
                //无头包
                break;
            }
        }
        else{
            DealRecvPack(pack,pDbconn,sClient);
            nlen += pack->m_nSize;
        }

    }

这段代码需要放在上一段的31-32行之间。需要的时候进行补充。感觉还是需要根据自己的项目进行自我定制。