什么是粘包、拆包
粘包、拆包是Socket编程中最常遇见的一个问题，本文来研究一下Netty是如何解决粘包、拆包的，首先我们从什么是粘包、拆包开始说起：
TCP是个"流"协议，所谓流，就是没有界限的一串数据，TCP底层并不了解上层业务的具体含义，它会根据TCP缓冲区的实际情况进行包的划分，所以在业务上：- 一个完整的包可能会被TCP拆分为多个包进行发送（拆包）
- 多个小的包也有可能被封装成一个大的包进行发送（粘包）
这就是所谓的TCP粘包与拆包
下图演示了粘包、拆包的场景：
基本上有四种情况：
- Data1、Data2都分开发送到了Server端，没有产生粘包与拆包的情况
- Data1、Data2数据粘在了一起，打成了一个大的包发送到了Server端，这种情况就是粘包
- Data1被分成Data1_1与Data1_2，Data1_1先到服务端，Data1_2与Data2再到服务端，这种情况就是拆包
- Data2被分成Data2_1与Data2_2，Data1与Data2_1先到服务端，Data2_2再到服务端，同上，这也是一种拆包的场景
粘包、拆包产生的原因
上面我们详细了解了TCP粘包与拆包，那么粘包与拆包为什么会发生呢，大致上有三种原因：
- 应用程序写入的字节大小大于Socket发送缓冲区大小
- 进行MSS大小的TCP，MSS是最大报文段长度的缩写，是TCP报文段中的数据字段最大长度，MSS=TCP报文段长度-TCP首部长度
- 以太网的Payload大于MTU，进行IP分片，MTU是最大传输单元的缩写，以太网的MTU为1500字节
粘包、拆包解决策略
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：
- 消息定长，例如每个报文的大小固定为200字节，如果不够空位补空格
- 包尾增加回车换行符进行分割，例如FTP协议
- 将消息分为消息头和消息体，消息头中包含表示长度的字段，通常涉及思路为消息头的第一个字段使用int32来表示消息的总长度
- 更复杂的应用层协议
未考虑TCP粘包导致功能异常演示
基于Netty的第一篇文章《Netty1：初识Netty》，TimeServer与TimeClient不变，简单修改一下TimeServerHandler与TimeClientHandler即可以模拟出TCP粘包的情况，首先修改TimeClientHandler：
1 public class TimeClientHandler extends ChannelHandlerAdapter {
2
3 private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(TimeClientHandler.class);
4
5 private int counter;
6
7 private byte[] req;
8
9 public TimeClientHandler() {
10 req = ("QUERY TIME ORDER" + System.getProperty("line.separator")).getBytes();
11 }
12
13 @Override
14 public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
15 ByteBuf message = null;
16 for (int i = 0; i < 100; i++) {
17 message = Unpooled.buffer(req.length);
18 message.writeBytes(req);
19 ctx.writeAndFlush(message);
20 }
21 }
22
23 @Override
24 public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
25 ByteBuf buf = (ByteBuf)msg;
26 byte[] req = new byte[buf.readableBytes()];
27 buf.readBytes(req);
28
29 String body = new String(req, "UTF-8");
30 System.out.println("Now is:" + body + "; the counter is:" + ++counter);
31 }
32
33 @Override
34 public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
35 LOGGER.warn("Unexcepted exception from downstream:" + cause.getMessage());
36 ctx.close();
37 }
38
39 }TimeClientHandler的变化是，之前是发送一次"QUERY TIME ORDER"到服务端，现在变为发送100次"QUERY TIME ORDER"+标准换行符到服务端，并在客户端增加一个计数器，记录从服务端收到的响应次数。
服务单TimeServerHandler也简单改造一下，增加一个计数器记录一下从客户端收到的请求次数：
1 public class TimeServerHandler extends ChannelHandlerAdapter {
2
3 private int counter;
4
5 @Override
6 public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
7 ByteBuf buf = (ByteBuf)msg;
8 byte[] req = new byte[buf.readableBytes()];
9 buf.readBytes(req);
10
11 String body = new String(req, "UTF-8").substring(0, req.length - System.getProperty("line.separator").length());
12 System.out.println("The time server receive order:" + body + "; the counter is:" + ++counter);
13
14 String currentTime = "QUERY TIME ORDER".equalsIgnoreCase(body) ? new Date(System.currentTimeMillis()).toString() : "BAD ORDER";
15 currentTime = currentTime + System.getProperty("line.separator");
16
17 ByteBuf resp = Unpooled.copiedBuffer(currentTime.getBytes());
18 ctx.writeAndFlush(resp);
19 }
20
21 @Override
22 public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
23 ctx.close();
24 }
25
26 }按照设计，服务端应该会打印出100次"Time time server..."，客户端应当会打印出100次"Now is ..."，因为客户端向服务端发送了100次"QUERY TIME ORDER"的请求，实际运行起来呢？先看一下服务端的打印：
The time server receive order:QUERY TIME ORDER
QUERY TIME ORDER
...省略，这里有55个
QUERY TIME ORD; the counter is:1
The time server receive order:
...省略，这里有42个
QUERY TIME ORDER; the counter is:2counter最终等于2，表明服务端实际上只收到了2条请求，很显然这里发生了粘包，即多个客户端的包合成了一个发送到了服务端，服务端每收到一个包的大小为1024字节。
接着看一下客户端的打印：
Now is:BAD ORDER
BAD ORDER
; the counter is:1因为服务端只收到了2条消息，因此客户端也只会收到2条消息，因为服务端两次收到的内容都不满足"QUERY TIME ORDER"，因此返回"BAD ORDER"到客户端，但是为什么客户端的counter=1呢？回过头来仔细想想，因此服务端发送给客户端的消息也发生了粘包。因此这里简单得出一个结论：粘包/拆包不仅仅发生在客户端给服务端发送数据，服务端回数据给客户端同样有可能发生粘包/拆包。
上面的例子演示了粘包，拆包其实一样的，既然可以知道服务端每收到一个包的大小为1024字节，那客户端每次发送一个大于1024字节的数据给服务端就可以了，有兴趣的朋友可以自己尝试一下。
利用LineBasedFrameDecoder解决粘包问题
为了解决TCP粘包/拆包导致的半包读写问题，Netty默认提供了多种编解码器用于处理半包，针对上面发送"QUERY TIME ORDER"+标准换行符的这种场景，简单使用LineBasedFrameDecoder就可以解决上面发生的粘包问题。
首先对TimeServer进行改造，加入LineBasedFrameDecoder与StringDecoder：
1 public class TimeServer {
2
3 public void bind(int port) throws Exception {
4 // NIO线程组
5 EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
6 EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
7
8 try {
9 ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
10 b.group(bossGroup, workerGroup)
11 .channel(NioServerSocketChannel.class)
12 .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024)
13 .childHandler(new ChildChannelHandler());
14
15 // 绑定端口，同步等待成功
16 ChannelFuture f = b.bind(port).sync();
17 // 等待服务端监听端口关闭
18 f.channel().closeFuture().sync();
19 } finally {
20 // 优雅退出，释放线程池资源
21 bossGroup.shutdownGracefully();
22 workerGroup.shutdownGracefully();
23 }
24 }
25
26 private class ChildChannelHandler extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
27 @Override
28 protected void initChannel(SocketChannel arg0) throws Exception {
29 arg0.pipeline().addLast(new LineBasedFrameDecoder(1024));
30 arg0.pipeline().addLast(new StringDecoder());
31 arg0.pipeline().addLast(new TimeServerHandler());
32 }
33 }
34
35 }改造点就在29行、30行两行，加入了LineBasedFrameDecoder与StringDecoder，同时TimeServerHandler也需要相应改造：
1 public class TimeServerHandler extends ChannelHandlerAdapter {
2
3 private int counter;
4
5 @Override
6 public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
7 String body = (String)msg;
8 System.out.println("The time server receive order:" + body + "; the counter is:" + ++counter);
9
10 String currentTime = "QUERY TIME ORDER".equalsIgnoreCase(body) ? new Date(System.currentTimeMillis()).toString() : "BAD ORDER";
11 currentTime = currentTime + System.getProperty("line.separator");
12
13 ByteBuf resp = Unpooled.copiedBuffer(currentTime.getBytes());
14 ctx.writeAndFlush(resp);
15 }
16
17 @Override
18 public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
19 ctx.close();
20 }
21
22 }改造点在第7行，由于使用了StringDecoder，因此channelRead的第二个参数msg不再是ByteBuf类型而是String类型，因此这里只需要做一次String强转即可。
TimeClient改造类似：
1 public class TimeClient {
2
3 public void connect(int port, String host) throws Exception {
4 EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
5 try {
6 Bootstrap b = new Bootstrap();
7
8 b.group(group)
9 .channel(NioSocketChannel.class)
10 .option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)
11 .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
12 protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
13 ch.pipeline().addLast(new LineBasedFrameDecoder(1024));
14 ch.pipeline().addLast(new StringDecoder());
15 ch.pipeline().addLast(new TimeClientHandler());
16 };
17 });
18
19 // 发起异步连接操作
20 ChannelFuture f = b.connect(host, port).sync();
21 // 等待客户端连接关闭
22 f.channel().closeFuture().sync();
23 } finally {
24 // 优雅退出，释放NIO线程组
25 group.shutdownGracefully();
26 }
27 }
28
29 }第13行、第14行这两行加入了LineBasedFrameDecoder与StringDecoder，TimeClientHandler相应改造：
1 public class TimeClientHandler extends ChannelHandlerAdapter {
2
3 private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(TimeClientHandler.class);
4
5 private int counter;
6
7 private byte[] req;
8
9 public TimeClientHandler() {
10 req = ("QUERY TIME ORDER" + System.getProperty("line.separator")).getBytes();
11 }
12
13 @Override
14 public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
15 ByteBuf message = null;
16 for (int i = 0; i < 100; i++) {
17 message = Unpooled.buffer(req.length);
18 message.writeBytes(req);
19 ctx.writeAndFlush(message);
20 }
21 }
22
23 @Override
24 public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
25 String body = (String)msg;
26 System.out.println("Now is:" + body + "; the counter is:" + ++counter);
27 }
28
29 @Override
30 public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
31 LOGGER.warn("Unexcepted exception from downstream:" + cause.getMessage());
32 ctx.close();
33 }
34
35 }第25行这里使用String进行强转即可。接下来看一下服务端的打印：
The time server receive order:QUERY TIME ORDER; the counter is:1
The time server receive order:QUERY TIME ORDER; the counter is:2
The time server receive order:QUERY TIME ORDER; the counter is:3
The time server receive order:QUERY TIME ORDER; the counter is:4
The time server receive order:QUERY TIME ORDER; the counter is:5
...
The time server receive order:QUERY TIME ORDER; the counter is:98
The time server receive order:QUERY TIME ORDER; the counter is:99
The time server receive order:QUERY TIME ORDER; the counter is:100看到服务端正常counter从1打印到了100，即收到了100个完整的客户端请求，客户端的打印如下：
Now is:Sat Apr 07 16:00:51 CST 2018; the counter is:1
Now is:Sat Apr 07 16:00:51 CST 2018; the counter is:2
Now is:Sat Apr 07 16:00:51 CST 2018; the counter is:3
Now is:Sat Apr 07 16:00:51 CST 2018; the counter is:4
Now is:Sat Apr 07 16:00:51 CST 2018; the counter is:5
...
Now is:Sat Apr 07 16:00:51 CST 2018; the counter is:98
Now is:Sat Apr 07 16:00:51 CST 2018; the counter is:99
Now is:Sat Apr 07 16:00:51 CST 2018; the counter is:100看到同样的客户端也正常counter从1打印到了100，即收到了100个完整的服务端响应，至此，使用LineBasedFrameDecoder与StringDecoder解决了上述粘包问题。
整个LineBasedFrameDecoder的原理也比较简单：
LineBasedFrameDecoder依次遍历ByteBuf中的可读字节，判断是否有"\n"或者"\r\n"，如果有就以此位置为结束位置，从可读索引到结束位置区间的字节就组成了一行，它是以换行符为结束标志的解码器，支持携带结束符或者不携带结束符两种解码方式，同时支持配置单行的最大长度，如果连续读到最大长度后仍然没有发现换行符，就会抛出异常，同时忽略掉之前读到的异常码流。
StringDecoder的功能非常简单，就是将接收到的对象转换为字符串，然后继续调用后面的Handler
LineBasedFrameDecoder+StringDecoder就是按行切换的文本解码器，被设计用于支持TCP的粘包和拆包==================================================================================
我不能保证写的每个地方都是对的，但是至少能保证不复制、不黏贴，保证每一句话、每一行代码都经过了认真的推敲、仔细的斟酌。每一篇文章的背后，希望都能看到自己对于技术、对于生活的态度。
我相信乔布斯说的，只有那些疯狂到认为自己可以改变世界的人才能真正地改变世界。面对压力，我可以挑灯夜战、不眠不休；面对困难，我愿意迎难而上、永不退缩。
其实我想说的是，我只是一个程序员，这就是我现在纯粹人生的全部。
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