粘包/拆包问题与Netty解决方式

什么是TCP粘包/半包？

假设客户端分别发送了两个数据包D1和D2给服务端，由于服务端一次读取到的字节数是不确定的，故可能存在以下4种情况。

1. 服务端分两次读取到了两个独立的数据包，分别是D1和D2，没有粘包和拆包
2. 服务端一次接收到了两个数据包，D1和D2粘合在一起，被称为TCP粘包
3. 服务端分两次读取到了两个数据包，第一次读取到了完整的D1包和D2包的部分内容（粘包），第二次读取到了D2包的剩余内容，这被称为TCP拆包
4. 服务端分两次读取到了两个数据包，第一次读取到了D1包的部分内容D1_1（拆包），第二次读取到了D1包的剩余内容D1_2和D2包的整包（粘包）

如果此时服务端TCP接收滑窗非常小，而数据包D1和D2比较大，很有可能会发生第五种可能，即服务端分多次才能将D1和D2包接收完全，期间发生多次拆包。

TCP粘包/半包发生的原因

由于TCP协议本身的机制（面向连接的可靠地协议-三次握手机制）客户端与服务器会维持一个连接（Channel），数据在连接不断开的情况下，可以持续不断地将多个数据包发往服务器，但是如果发送的网络数据包太小，那么他本身会启用Nagle算法（默认开启，可配置不启用）对较小的数据包进行合并（基于此，TCP的网络延迟要UDP的高些）然后再发送（超时或者包大小足够）。那么这样的话，服务器在接收到消息（数据流）的时候就无法区分哪些数据包是客户端自己分开发送的，这样产生了粘包；服务器在接收到数据库后，放到缓冲区中，如果消息没有被及时从缓存区取走，下次在取数据的时候可能就会出现一次取出多个数据包的情况，也会造成粘包现象。
UDP：本身作为无连接的不可靠的传输协议（适合频繁发送较小的数据包），他不会对数据包进行合并发送（也就没有Nagle算法之说了），他直接是一端发送什么数据，直接就发出去了，既然他不会对数据合并，每一个数据包都是完整的（数据+UDP头+IP头等等发一次数据封装一次）也就没有粘包一说了。
分包产生的原因就简单的多：可能是IP分片传输导致的，也可能是传输过程中丢失部分包导致出现的半包，还有可能就是一个包可能被分成了两次传输，在取数据的时候，先取到了一部分（还可能与接收的缓冲区大小有关系），总之就是一个数据包被分成了多次接收。

更具体的原因有三个，分别如下：

1. 应用程序写入数据的字节大小大于套接字发送缓冲区的大小
2. 进行MSS大小的TCP分段。MSS是最大报文段长度的缩写。MSS是TCP报文段中的数据字段的最大长度。数据字段加上TCP首部才等于整个的TCP报文段。所以MSS并不是TCP报文段的最大长度，而是：MSS=TCP报文段长度-TCP首部长度
3. 以太网的payload大于MTU进行IP分片。MTU指：一种通信协议的某一层上面所能通过的最大数据包大小。如果IP层有一个数据包要传，而且数据的长度比链路层的MTU大，那么IP层就会进行分片，把数据包分成托干片，让每一片都不超过MTU。注意，IP分片可以发生在原始发送端主机上，也可以发生在中间路由器上。

解决粘包半包问题

由于底层的TCP无法理解上层的业务数据，所以在底层是无法保证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，可以归纳如下。

基于分隔符的解码器

LineBasedFrameDecoder

1. 在包尾增加分割符。比如回车换行符进行分割，例如FTP协议
   系统的换行符：System.getProperty(“line.separator”);
   Netty的换行分割处理器： ch.pipeline().addLast(new LineBasedFrameDecoder(1024));

DelimiterBasedFrameDecoder

2. Netty的自定义分割处理器
   ByteBuf delimiter = Unpooled.copiedBuffer(DELIMITER_SYMBOL.getBytes());
   ch.pipeline().addLast( new DelimiterBasedFrameDecoder(1024,delimiter));

基于长度的解码器

FixedLengthFrameDecoder

3. 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；
ch.pipeline().addLast( new FixedLengthFrameDecoder(FixedLengthEchoClient.REQUEST.length()));

LengthFieldBasedFrameDecoder

4. 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，通常设计思路为消息头的第一个字段使用2个字节来表示消息的总长度。

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