浅谈TCP拆包粘包问题

对于刚接触TCP网络编程的人有时候碰到一些问题，比如当客服端发送一串消息到服务端，服务端只收到消息的一半，或者当连续发送两个消息到服务端，服务端同时收到这两个消息但无法解析。这就是今天要讲的TCP拆包粘包现象。

拆包粘包产生的原因

我们可以通过以下图进行说明

1.图一是正常的情况下包的发送和接受，客户端发送p1，p2包，服务端先后接受到p1，p2包，没有发生粘包和拆包。

2.图二是发生了拆包的现象。客户端发送p1，p2包，客户端对p1拆包分成p1_1和p1_2，服务端先后收到p1_1，p1_2和p2包。 拆包发生原因分2种情况：

1. 发送的数据大于套接字缓冲区剩余大小。
2. 发送的数据大于MTU(最大传输单元)大小。

在TCP通讯协议中TCP的每个包的头的长度都是固定的，总长度不能超过MTU(最大传输单元)，且数据长度不能超过MSS(MSS=MTU-20bytes(IP包头)-20bytes(TCP包头))。如果超过了MTU系统会进行拆包处理。以图二举个例子：

• 假设MTU设置的长度为1500bytes则MSS为1460bytes。
• 客户端发送了p1包数据大小2000bytes。
• 系统判断总长度超过了MTU大小，需要拆包处理。
• 拆成2个包p1_1和p1_2，p1_1的总长度=1460+20+20=1500，p1_2的总长度=2000-1460+20+20=580。
• 发送包p1_1和包p1_2。

3.图三是发生了粘包的现象。客户端发送p1，p2包，p1，p2包到达接收端的缓存，服务端应用读取缓存时无法区分p1，p2各自的大小。因为在TCP通讯协议中TCP是面向流的，包和包之间没有界限。粘包可发生在发送端也可发生在接收端以图三各举例子：

• 发送端原因导致的粘包，客户端在发送p1包时，先将p1包放入发送缓存，由于Nagle算法判断其发送的可用数据（去头数据）过小等待一小段时间，这时又发送了p2包，系统将p1和p2合成一个大包发送给服务端。服务端读到大包，无法区分p1和p2包。
• 接收端原因导致的粘包，服务端缓存接收到客户端发送的p1包，服务端应用未能及时读取缓存，此时服务端缓存又接收到客户端发送的p2包，服务端应用读取缓存，无法区分p1和p2包。

解决方案

无论拆包还是粘包本质问题都是无法区分包界限，解决包界限的问题主要有以下几种方式：

1. 消息数据的定长，比如定长100字节，不足补空格，接收方收到后解析100字节数据即为完整数据。但这样的做的缺点是浪费了部分存储空间和带宽。
2. 消息数据使用特定分割符区分界限，比如使用换号符号做分割。
3. 把消息数据分成消息头和消息体，消息头带消息的长度，接收方收到后根据消息头中的长度解析数据。

在实际开发中很多网络框架对TCP拆包粘包问题的解决做了很多支持，比如netty中LineBasedFrameDecoder解析器就是利用换号符号做分割。