使用Netty解決TCP粘包和拆包問題過程詳解

前言

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上一篇我們介紹了如果使用Netty來開發(fā)一個簡單的服務端和客戶端，接下來我們來討論如何使用解碼器來解決TCP的粘包和拆包問題

TCP為什么會粘包/拆包

我們知道，TCP是以一種流的方式來進行網(wǎng)絡轉(zhuǎn)播的，當tcp三次握手簡歷通信后，客戶端服務端之間就建立了一種通訊管道，我們可以想象成自來水管道，流出來的水是連城一片的，是沒有分界線的。

TCP底層并不了解上層的業(yè)務數(shù)據(jù)的具體含義，它會根據(jù)TCP緩沖區(qū)的實際情況進行包的劃分。

所以對于我們應用層而言。我們直觀是發(fā)送一個個連續(xù)完整TCP數(shù)據(jù)包的，而在底層就可能會出現(xiàn)將一個完整的TCP拆分成多個包發(fā)送或者將多個包封裝成一個大的數(shù)據(jù)包發(fā)送。

這就是所謂的TCP粘包和拆包。

當發(fā)生TCP粘包/拆包會發(fā)生什么情況

我們舉一個簡單例子說明：

客戶端向服務端發(fā)送兩個數(shù)據(jù)包：第一個內(nèi)容為 123；第二個內(nèi)容為456。服務端接受一個數(shù)據(jù)并做相應的業(yè)務處理（這里就是打印接受數(shù)據(jù)加一個逗號）。

那么服務端輸出結果將會出現(xiàn)下面四種情況

服務端響應結果	結論
123，456，	正常接收，沒有發(fā)生粘包和拆包
123456，	異常接收，發(fā)生tcp粘包
123，4，56，	異常接收，發(fā)生tcp拆包
12，3456，	異常接收，發(fā)生tcp拆包和粘包

如何解決

主流的協(xié)議解決方案可以歸納如下：

消息定長，例如每個報文的大小固定為20個字節(jié)，如果不夠，空位補空格；
在包尾增加回車換行符進行切割；
將消息分為消息頭和消息體，消息頭中包含表示消息總長度的字段；
更復雜的應用層協(xié)議。

對于之前描述的案例，在這里我們就可以采取方案1和方案3。

以方案1為例：我們每次發(fā)送的TCP包只有三個數(shù)字，那么我將報文設置為3個字節(jié)大小的，此時，服務器就會以三個字節(jié)為基準來接受包，以此來解決站包拆包問題。

Netty的解決之道

LineBasedFrameDecoder

廢話不多說直接上代碼

服務端

public class PrintServer {

 public void bind(int port) throws Exception {
 // 配置服務端的NIO線程組
 EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
 EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
 try {
  ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
  b.group(bossGroup, workerGroup)
   .channel(NioServerSocketChannel.class)
   .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024)
   .childHandler(new ChildChannelHandler());
  // 綁定端口，同步等待成功
  ChannelFuture f = b.bind(port).sync();

  // 等待服務端監(jiān)聽端口關閉
  f.channel().closeFuture().sync();
 } finally {
  // 優(yōu)雅退出，釋放線程池資源
  bossGroup.shutdownGracefully();
  workerGroup.shutdownGracefully();
 }
 }

 private class ChildChannelHandler extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
 @Override
 protected void initChannel(SocketChannel arg0) throws Exception {
  arg0.pipeline().addLast(new LineBasedFrameDecoder(1024)); //1
  arg0.pipeline().addLast(new StringDecoder());    //2
  arg0.pipeline().addLast(new PrintServerHandler());
 }
 }


 public static void main(String[] args) throws Exception {
 int port = 8080;
 new TimeServer().bind(port);
 }
}

服務端Handler

public class PrintServerHandler extends ChannelHandlerAdapter {

 @Override
 public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)
  throws Exception {
 ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;          
 byte[] req = new byte[buf.readableBytes()]; 
 buf.readBytes(req); //將緩存區(qū)的字節(jié)數(shù)組復制到新建的req數(shù)組中
 String body = new String(req, "UTF-8");
 System.out.println(body);
 String response= "打印成功";
 ByteBuf resp = Unpooled.copiedBuffer(response.getBytes());      
 ctx.write(resp);            
 } 

 @Override
 public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
 ctx.flush();              
 }


 @Override
 public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {
 ctx.close();
 }
}

客戶端

public class PrintClient {

 public void connect(int port, String host) throws Exception {
 EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();     
 try {
  Bootstrap b = new Bootstrap();        
   b.group(group)            
   .channel(NioSocketChannel.class)      
   .option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)    
   .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {  
   @Override
   public void initChannel(SocketChannel ch)    
    throws Exception {
     ch.pipeline().addLast(
     new LineBasedFrameDecoder(1024));   //3
    ch.pipeline().addLast(new StringDecoder());  //4
    ch.pipeline().addLast(new PrintClientHandler());
   }
   });

  ChannelFuture f = b.connect(host, port).sync();    
  f.channel().closeFuture().sync();       
 } finally {
  // 優(yōu)雅退出，釋放NIO線程組
  group.shutdownGracefully();
 }
 }

 /**
  * @param args
  * @throws Exception
  */
 public static void main(String[] args) throws Exception {
 int port = 8080;
 new TimeClient().connect(port, "127.0.0.1");
 }
}

客戶端的Handler

public class PrintClientHandler extends ChannelHandlerAdapter {

 private static final Logger logger = Logger
  .getLogger(TimeClientHandler.class.getName());

 private final ByteBuf firstMessage;

 /**
  * Creates a client-side handler.
  */
 public TimeClientHandler() {
 byte[] req = "你好服務端".getBytes();
 firstMessage = Unpooled.buffer(req.length);        
 firstMessage.writeBytes(req);

 }

 @Override
 public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {
 ctx.writeAndFlush(firstMessage);            
 }

 @Override
 public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)   
  throws Exception {
 ByteBuf buf = (ByteBuf) msg; 
 byte[] req = new byte[buf.readableBytes()];
 buf.readBytes(req);
 String body = new String(req, "UTF-8");
 System.out.println("服務端回應消息 : " + body);
 }

 @Override
 public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) { 
 // 釋放資源
 System.out.println("Unexpected exception from downstream : "
  + cause.getMessage());
 ctx.close();
 }
}

上訴代碼邏輯與上一章代碼邏輯相同，客戶端接受服務端數(shù)據(jù)答應，并回復客戶端信息，客戶端接受到數(shù)據(jù)后打印數(shù)據(jù)。

我們觀察代碼可以發(fā)現(xiàn)，要想Netty解決粘包拆包問題，只需在編寫服務端和客戶端的pipeline上加上相應的解碼器即可，上訴注釋 1，2，3，4處。其余代碼無需做任何修改。

LineBasedFrameDecoder+StringDecoder的組合就是按行切換的文本解碼器，它被設計用來支持TCP的粘包和拆包。原理為：如果連續(xù)讀取到最大長度后任然沒有發(fā)現(xiàn)換行符，就會拋出異常，同時忽略掉之前督導的異常碼流。

DelimiteBasedFrameDecoder

該解碼器的可以自動完成以分割符作為碼流結束標識的消息解碼。（其實上一個解碼器類似，如果指定分隔符為換行符，那么與上一個編碼器的作用基本相同）

使用也很簡單：

只需要修改服務端和客戶端對應代碼中的initChannel代碼即可

   public void initChannel(SocketChannel ch)    
    ByteBuf delimiter = Unpooled.copiedBuffer("_".getBytes()); //1
    ch.pipeline().addLast(
     new DelimiterBasedFrameDecoder(1024,
      delimiter));          //2
    ch.pipeline().addLast(new StringDecoder());     //3
    ch.pipeline().addLast(new PrintHandler());
   }

注釋1：首先創(chuàng)建分隔符緩沖對象ByteBuf，并指定以"_"作為分隔符。

注釋2：將分隔符緩沖對象ByteBuf傳入DelimiterBasedFrameDecoder，并指定最大長度。

注釋3：指定為字符串字節(jié)流

FixedLengthFrameDecoder

該解碼器為固定長度解碼器，它能夠按照指定的長度對詳細進行自動解碼。

使用同樣也很簡單：

同樣只需要修改服務端和客戶端對應代碼中的initChannel代碼即可

 public void initChannel(SocketChannel ch)
    throws Exception {
    ch.pipeline().addLast(new FixedLengthFrameDecoder(20));
    ch.pipeline().addLast(new StringDecoder());
    ch.pipeline().addLast(new PrintHandler());
   }
   });

這樣我們就指定了，每接收20個字符大小的字符串字節(jié)流就將其看作一個包來經(jīng)行處理。

總結

Netty已經(jīng)在底層為我們做了很多事情，我們只需要簡單的使用其提供好的解碼器使用即可，源碼內(nèi)容待我研究歸來，再進行展開，哈哈，完活~睡覺！

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持創(chuàng)新互聯(lián)。

新聞名稱：使用Netty解決TCP粘包和拆包問題過程詳解
標題鏈接：http://chinadenli.net/article46/jggseg.html

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