一、TCP的粘包和拆包
TCP 是面向连接的,也是面向流的。为了提供高可靠性的服务,收发两端(客户端和服务器端)要有一一成对的socket。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,但是接收端就难于分辨出完整的数据包了,因为面向流的通信是无消息保护边界的。
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、拆包问题。如下图:
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,故可能存在以下四种情况:
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,称之为TCP粘包
3) 服务端分两次读取到了数据包,第一次读取到了完整的D1包和D2包的部分内容,第 二次读取到了D2包的剩余内容,这称之为 TCP 拆包
4) 服务端分两次读取到了数据包,第一次读取到了D1包的部分内容D1_1,第二次读取到了D1包的剩余部分内容D1_2和完整的D2 包
二、粘包和拆包示例
服务端:
public class MyServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf> {
private int count;
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {
// cause.printStackTrace();
ctx.close();
}
@Override
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg) throws Exception {
byte[] buffer = new byte[msg.readableBytes()];
msg.readBytes(buffer);
String messages = new String(buffer, Charset.forName("utf-8"));
System.out.println("服务器端接收到消息:" + messages);
System.out.println("服务器端接收到消息数量:" + (++this.count));
ByteBuf responseByteBuf = Unpooled.copiedBuffer(UUID.randomUUID().toString() + " ", Charset.forName("utf-8"));
ctx.writeAndFlush(responseByteBuf);
}
}
客户端:
public class MyClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf> {
private int count;
@Override
public 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);
}
}
@Override
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg) throws Exception {
byte[] buffer = new byte[msg.readableBytes()];
msg.readBytes(buffer);
String messages = new String(buffer, Charset.forName("utf-8"));
System.out.println("客户端接收到消息:" + messages);
System.out.println("客户端接收到消息数量:" + (++this.count));
}
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {
cause.printStackTrace();
ctx.close();
}
}
三、粘包和拆包的解决方案
关键就是要解决服务器端每次读取数据长度的问题,这个问题解决了,就不会出现服务器多读或少读数据的问题,从而就避免了TCP 的粘包、拆包 。可以采用自定义协议 + 编解码器的方式来解决这个问题。
示例:要求客户端发送 5 个 Message 对象,客户端每次发送一个 Message 对象;服务器端每次接收一个Message对象,分5次进行解码, 每读取到一个Message , 会回复一个 Message 对象给客户端
自定义协议包:
public class MessageProtocol {
// 标识发送内容的长度:很重要
private int len;
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;
}
}
自定义编码器:
public class MyMessageEncoder extends MessageToByteEncoder<MessageProtocol> {
@Override
protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, MessageProtocol msg, ByteBuf out) throws Exception {
System.out.println("MyMessageEncoder.encode 被调用");
out.writeInt(msg.getLen());
out.writeBytes(msg.getContent());
}
}
自定义解码器:
public class MyMessageDecoder extends ReplayingDecoder<Void> {
@Override
protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List<Object> out) throws Exception {
System.out.println("MyMessageDecoder.decode 被调用");
// 将得到的二进制字节码转为MessageProtocol对象
int length = in.readInt();
byte[] content = new byte[length];
in.readBytes(content);
// 封装成MessageProtocol对象,传递给下一个handler
MessageProtocol messageProtocol = new MessageProtocol();
messageProtocol.setLen(length);
messageProtocol.setContent(content);
out.add(messageProtocol);
}
}
客户端发送消息:发送的消息需封装为自定义协议包
public class MyClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<MessageProtocol> {
private int count;
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
// 客户端发送5条数据
for (int i = 0; i < 5; i++) {
String mes = "今天天气冷,吃火锅";
byte[] content = mes.getBytes(Charset.forName("utf-8"));
int length = mes.getBytes(Charset.forName("utf-8")).length;
// 创建自定义协议包对象
MessageProtocol messageProtocol = new MessageProtocol();
messageProtocol.setLen(length);
messageProtocol.setContent(content);
ctx.writeAndFlush(messageProtocol);
}
}
@Override
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, MessageProtocol msg) throws Exception {
// 处理收到的消息
int len = msg.getLen();
byte[] content = msg.getContent();
System.out.println("客户端接收到的消息如下:");
System.out.println("长度:" + len);
System.out.println("内容:" + new String(content, Charset.forName("utf-8")));
System.out.println("客户端接收到的消息数量=" + (++this.count));
}
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
System.out.println("异常消息:" + cause.getMessage());
ctx.close();
}
}
服务端接收和回复消息:
public class MyServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<MessageProtocol> {
private int count;
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
ctx.close();
}
@Override
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, MessageProtocol msg) throws Exception {
// 接收到数据并处理
int len = msg.getLen();
byte[] content = msg.getContent();
System.out.println("服务器接收到消息如下:");
System.out.println("长度:" + len);
System.out.println("内容:" + new String(content, Charset.forName("utf-8")));
System.out.println("服务端接收到的消息包数量=" + (++this.count));
// 回复消息
String responseContent = UUID.randomUUID().toString();
int responseLen = responseContent.getBytes("utf-8").length;
byte[] contentBytes = responseContent.getBytes("utf-8");
// 构建自定义协议包
MessageProtocol messageProtocol = new MessageProtocol();
messageProtocol.setLen(responseLen);
messageProtocol.setContent(contentBytes);
ctx.writeAndFlush(messageProtocol);
}
}