Netty5入门学习笔记002-TCP粘包/拆包问题的解决之道（上）

TCP网络通信时候会发生粘包/拆包的问题，接下来探讨其解决之道。

什么是粘包/拆包

一般所谓的TCP粘包是在一次接收数据不能完全地体现一个完整的消息数据。TCP通讯为何存在粘包呢？主要原因是TCP是以流的方式来处理数据，再加上网络上MTU的往往小于在应用处理的消息数据，所以就会引发一次接收的数据无法满足消息的需要，导致粘包的存在。处理粘包的唯一方法就是制定应用层的数据通讯协议，通过协议来规范现有接收的数据是否满足消息数据的需要。

情况分析

TCP粘包通常在流传输中出现，UDP则不会出现粘包，因为UDP有消息边界，发送数据段需要等待缓冲区满了才将数据发送出去，当满的时候有可能不是一条消息而是几条消息合并在换中去内，在成粘包；另外接收数据端没能及时接收缓冲区的包，造成了缓冲区多包合并接收，也是粘包。

解决办法

1、消息定长，报文大小固定长度，不够空格补全，发送和接收方遵循相同的约定，这样即使粘包了通过接收方编程实现获取定长报文也能区分。

2、包尾添加特殊分隔符，例如每条报文结束都添加回车换行符（例如FTP协议）或者指定特殊字符作为报文分隔符，接收方通过特殊分隔符切分报文区分。

3、将消息分为消息头和消息体，消息头中包含表示信息的总长度（或者消息体长度）的字段

4、更复杂的自定义应用层协议

代码例子

1、Netty中提供了FixedLengthFrameDecoder定长解码器可以帮助我们轻松实现第一种解决方案，定长解码报文。

服务器端：

package im;

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.FixedLengthFrameDecoder;
import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;
import io.netty.handler.logging.LogLevel;
import io.netty.handler.logging.LoggingHandler;
/**
 * 定长解码  服务器端
 * @author xwalker
 */
public class Server {
	
	public void bind(int port) throws Exception{
		//接收客户端连接用
		EventLoopGroup bossGroup=new NioEventLoopGroup();
		//处理网络读写事件
		EventLoopGroup workerGroup=new NioEventLoopGroup();
		try{
		//配置服务器启动类	
		ServerBootstrap b=new ServerBootstrap();
		b.group(bossGroup,workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 100)
		.handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))//配置日志输出
		.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
			@Override
			protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
				ch.pipeline().addLast(new FixedLengthFrameDecoder(30));//设置定长解码器 长度设置为30
				ch.pipeline().addLast(new StringDecoder());//设置字符串解码器 自动将报文转为字符串
				ch.pipeline().addLast(new Serverhandler());//处理网络IO 处理器
			}
		});
		//绑定端口 等待绑定成功
		ChannelFuture f=b.bind(port).sync();
		//等待服务器退出
		f.channel().closeFuture().sync();
		}finally{
			//释放线程资源
			bossGroup.shutdownGracefully();
			workerGroup.shutdownGracefully();
		}
	}
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		int port=8000;
		new Server().bind(port);
	}

}

package im;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerAdapter;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
/**
 * 服务器handler
 * @author xwalker
 */
public class Serverhandler extends ChannelHandlerAdapter {
	int counter=0;
	private static final String MESSAGE="It greatly simplifies and streamlines network programming such as TCP and UDP socket server.";
	@Override
	public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)
			throws Exception {
		System.out.println("接收客户端msg:["+msg+"]");
		ByteBuf echo=Unpooled.copiedBuffer(MESSAGE.getBytes());
		ctx.writeAndFlush(echo);
	}
	
	@Override
	public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)
			throws Exception {
		cause.printStackTrace();
		ctx.close();
	}

}

客户端：

package im;

import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.FixedLengthFrameDecoder;
import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;
/**
 * 客户端 
 * @author xwalker
 *
 */
public class Client {
	/**
	 * 链接服务器
	 * @param port
	 * @param host
	 * @throws Exception
	 */
	public void connect(int port,String host)throws Exception{
		//网络事件处理线程组
		EventLoopGroup group=new NioEventLoopGroup();
		try{
		//配置客户端启动类
		Bootstrap b=new Bootstrap();
		b.group(group).channel(NioSocketChannel.class)
		.option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)//设置封包 使用一次大数据的写操作，而不是多次小数据的写操作
		.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
			@Override
			protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
				ch.pipeline().addLast(new FixedLengthFrameDecoder(30));//设置定长解码器
				ch.pipeline().addLast(new StringDecoder());//设置字符串解码器
				ch.pipeline().addLast(new ClientHandler());//设置客户端网络IO处理器
			}
		});
		//连接服务器 同步等待成功
		ChannelFuture f=b.connect(host,port).sync();
		//同步等待客户端通道关闭
		f.channel().closeFuture().sync();
		}finally{
			//释放线程组资源
			group.shutdownGracefully();
		}
	}
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		int port=8000;
		new Client().connect(port, "127.0.0.1");

	}

}

package im;

import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerAdapter;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
/**
 * 客户端处理器
 * @author xwalker
 *
 */
public class ClientHandler extends ChannelHandlerAdapter {
	private static final String MESSAGE="Netty is a NIO client server framework which enables quick and easy development of network applications such as protocol servers and clients.";
	public ClientHandler(){}
	@Override
	public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
			ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer(MESSAGE.getBytes()));
	}
	@Override
	public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)
			throws Exception {
		System.out.println("接收服务器响应msg:["+msg+"]");
	}
	
	@Override
	public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
		ctx.flush();
	}
	@Override
	public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)
			throws Exception {
		cause.printStackTrace();
		ctx.close();
	}
}

服务器和客户端分别设置了定长解码器 长度为30字节，也就是规定发送和接收一次报文定长为30字节。

运行结果：

客户端接收到服务器的响应报文 一段文字被定长分成若干段接收。

服务器端接收客户端发送的报文 一段话也是分成了等长的若干段。

上述是一个简单长字符串传输例子，将一个长字符串分割成若干段。我们也可以自定义一系列定长的指令发送出去

例如指令长度都是30个字节，批量发出N条指令，这样客户端粘包后发出一个比较大的数据指令集，服务器接收到的数据在缓冲区内，只需要按照定长一个个指令取出来执行即可。

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