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Netty如何解決TCP粘包/拆包問題?
2024.10.15

1、粘包和拆包簡介

    粘包和拆包是TCP網絡編程中不可避免的,無論是服務端還是客戶端,當我們讀取或者發(fā)送消息的時候,都需要考慮TCP底層的粘包/拆包機制。TCP是個“流”協(xié)議,所謂流,就是沒有界限的一串數據。TCP底層并不了解上層業(yè)務數據的具體含義,它會根據TCP緩沖區(qū)的實際情況進行包的劃分,所以在業(yè)務上認為,一個完整的包可能會被TCP拆分成多個包進行發(fā)送,也有可能把多個小的包封裝成一個大的數據包發(fā)送,這就是所謂的TCP粘包和拆包問題。
    如果一次請求發(fā)送的數據量比較小,沒達到緩沖區(qū)大小,TCP則會將多個請求合并為同一個請求進行發(fā)送,這就形成了粘包問題。
    如果一次請求發(fā)送的數據量比較大,超過了緩沖區(qū)大小,TCP就會將其拆分為多次發(fā)送,這就形成了拆包問題。

 

    如圖所示,假設客戶端分別發(fā)送了兩個數據包msg1和msg2給服務端,由于服務端一次讀取到的字節(jié)數是不確定的,故可能存在以下4種情況。

 

 

 2、 代碼復現粘包/拆包問題

    客戶端

 

 

    服務端

 

 

    問題:服務端一次讀取了客戶端發(fā)送過來的消息,應該讀取10次. 因此發(fā)生粘包。

 

 

3、粘包拆包解決方案

3.1業(yè)內解決方案
    由于底層的TCP無法理解上層的業(yè)務數據,所以在底層是無法保證數據包不被拆分和重組的,這個問題只能通過上層的應用協(xié)議棧設計來解決,根據業(yè)界的主流協(xié)議的解決方案,可以歸納如下:
    1.消息長度固定,累計讀取到長度和為定長LEN的報文后,就認為讀取到了一個完整的信息。
    2.將換行符作為消息結束符。
    3.將特殊的分隔符作為消息的結束標志,回車換行符就是一種特殊的結束分隔符。
    4.通過在消息頭中定義長度字段來標識消息的總長度。

3.2 Netty解決粘包拆包方案
    1.固定長度的拆包器 FixedLengthFrameDecoder,每個應用層數據包的都拆分成都是固定長度的大小。
    2.行拆包器 LineBasedFrameDecoder,每個應用層數據包,都以換行符作為分隔符,進行分割拆分。
    3.分隔符拆包器 DelimiterBasedFrameDecoder,每個應用層數據包,都通過自定義的分隔符,進行分割拆分。
    4.基于數據包長度的拆包器 LengthFieldBasedFrameDecoder,將應用層數據包的長度,作為接收端應用層數據包的拆分依據。按照應用層數據包的大小,拆包。這個拆包器,有一個要求,就是應用層協(xié)議中包含數據包的長度。

3.3 代碼實現
1.使用LineBasedFrameDecoder解決粘包問題,其會根據"\n"或"\r\n"對二進制數據進行拆分

   客戶端:添加換行符

 

    服務端:添加LineBasedFrameDecoder解碼器

 

 

    運行結果:發(fā)送了10次,也讀取了10次,解決了粘包的問題

 

 

2.使用DelimiterBasedFrameDecoder解碼器,以特殊的符號作為分隔來進行數據包的解碼
    服務端:

 

 

3. 使用FixedLengthFrameDecoder解碼器,使用固定長度處理消息
    服務端:

 

4.使用LenghtFieldBasedFrameDecode解碼器
    服務端:
    1024 是最大
幀長度,0 是長度字段的偏移量,2 是長度字段的長度,0 是長度調整值,2 是初始需要去掉的字節(jié)數。這樣就可以正確地解碼出數據幀了。

 

4、總結         

    造成TCP協(xié)議粘包/拆包問題的原因是TCP協(xié)議數據傳輸是基于字節(jié)流的,它不包含消息、數據包等概念,是無界的,需要應用層協(xié)議自己設計消息的邊界,即消息幀(Message Framing)。如果應用層協(xié)議沒有使用基于長度或者基于分隔符(終結符)劃分邊界等方式進行處理,則會導致多個消息的粘包和拆包。

 

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