Netty TCP解决粘包拆包
1、前言
TCP（Transmission Control Protocol）是一种在计算机网络中广泛使用的协议，用于可靠的、面向连接的数据通信。
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- 可靠性：TCP是一种可靠的协议，它确保数据从发送方传输到接收方，无丢失、无损坏、有序传递。如果发生数据包的丢失或损坏，TCP会重新发送这些数据包，直到接收方成功接收。
- 面向连接：TCP是一种面向连接的协议，这意味着在数据传输之前，发送方和接收方需要建立一个连接，数据在连接上传输。传输完成后，连接会被释放。
- 全双工通信：TCP支持全双工通信，这意味着在建立连接后，双方可以同时发送和接收数据。
- 流式传输：TCP提供了一种流式传输服务，数据被划分为小的数据块，以字节流的方式传输。接收方根据数据块的边界进行数据的解析。
- 拥塞控制：TCP包含拥塞控制机制，用于避免过多的数据流量导致网络拥塞。TCP发送方会根据网络的拥塞情况来动态调整数据传输速度。
- 校验和：TCP使用校验和来检测数据的完整性。接收方会验证数据的校验和，以确保数据在传输过程中没有发生错误。
- 有序传输：TCP保证数据包的有序传输，即使数据包到达的顺序与发送的顺序不同，接收方也会对其进行重新排序。
2、粘包与拆包现象
由于TCP是面向流式传输的一种协议，所以就像水管里的水一样，无界限的传输。然而在接收端，数据可能以不同的方式到达，就比如正常包、粘包、拆包。
2.1、现象描述
假设客户端发送2个连续的数据包到服务器，数据包用packet1，packet2分别表示，则服务器接收到的数据可以分为3种情况：
情况1： 服务器接收到2个数据包，没有拆包，也没有粘包问题；
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情况2： 服务器只接收到一个数据包（存在粘包问题）
- 因为tcp不会丢失数据包，因此这一个数据包就封装了2个原生数据包的信息，这种现象叫做粘包。
- 在这种情况，接收者并不知道2个原生包的界限，因此接收者很难处理；
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情况3： 接收者接收到2个冗余或不完整的数据包（粘包与拆包问题同时发生）
- 接收者接收到2个数据包，但这2个数据包要么不完整，要么掺杂了其他数据包的部分数据。
- 在这种情况下，粘包与拆包同时发生。
- 如果这2个包不被特殊处理，对于接收者来说也很难处理；
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2.2、代码演示粘包拆包现象
业务场景：客户端连续发送10条消息（字符串）到服务器，查看服务器接收情况
客户端发送消息代码：
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服务器接收消息代码：
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接收消息的打印效果：
=================================服务器收到的数据 hello server0 服务器累计收到 [1] 个消息包=================================服务器收到的数据 hello server1 服务器累计收到 [2] 个消息包=================================服务器收到的数据 hello server2hello server3hello server4hello server5hello server6 服务器累计收到 [3] 个消息包=================================服务器收到的数据 hello server7hello server8hello server9 服务器累计收到 [4] 个消息包点击复制解释：
- 客户端发送了10条消息，服务器接收到了 4个数据包，而不是10个数据包 ；
- 显然，发生了tcp粘包；
- 这10条消息本来是10个数据报文，却被合并（粘）为4个数据包；
- 问题是： 如何把这4个数据包还原为10个数据包呢 （在高并发情况下，各式各样的数据包会更多）
- 如果无法还原，则服务器无法正确解析报文并做相应处理；
3、粘包与拆包主要原因
1、粘包原因：
发送的数据大小 小于 发送缓冲区，TCP就会把发送的数据多次写入缓冲区，此时发生粘包；
接收数据方的应用层没有及时从 接收缓冲区读取数据，也会发生粘包；
2、拆包原因：
发送的数据大小 大于 TCP发送缓冲区，就会发生拆包；
发送的数据大小 大于 报文最大长度，也会拆包；
4、粘包与拆包解决方法
解决粘包拆包的关键在于 为每一个数据包添加界限标识，一般常用的方法如下：
方法1、发送方为每一个数据包添加报文头部。头部至少包含数据包长度（类似http协议的头部length）。 通过这种方式，接收方通过读取头部的长度知道当前数据包的界限，并在界限处停止读取。
方法2、发送方以固定长度封装数据包。如果不足，则补0填充。
方法3、自定义设置数据包的界限标识，如添加特别标识（如======）。接收方通过标识可以识别不同的数据包；
5、代码实现
这里的解决方法是采用方法1，设置每个数据包的长度到报文头部；
5.1、协议数据包封装类
/** * @Description 协议数据包 */public class ProtocolMessage { private int length; private byte[] content; /** * @description 构造器 */ public ProtocolMessage() { } public int getLength() { return length; } public void setLength(int length) { this.length = length; } public byte[] getContent() { return content; } public void setContent(byte[] content) { this.content = content; }}点击复制5.2、Netty服务端
public class ProtocolNettyServer89 { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1); EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(); try { ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap(); serverBootstrap.group(bossGroup, workerGroup) .channel(NioServerSocketChannel.class) .childHandler(new ProtocolNettyServerInitializer()); // 自定义一个初始化类 // 自动服务器 ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(8089).sync(); System.out.println("服务器启动成功"); // 监听关闭 channelFuture.channel().closeFuture().sync(); } finally { bossGroup.shutdownGracefully(); workerGroup.shutdownGracefully(); } }}点击复制
初始化类 ProtocolNettyServerInitializer()：
public class ProtocolNettyServerInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> { @Override protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception { ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline(); // 添加入站解码器-把字节转为协议报文便于业务逻辑处理 pipeline.addLast(new ProtocolMessageDecoder()); // 添加出站编码器-把协议报文转为字节便于网络传输 pipeline.addLast(new ProtocolMessageEncoder()); // 添加业务逻辑handler pipeline.addLast(new ProtocolNettyServerHandler()); }}点击复制处理类 ProtocolNettyServerHandler()：
public class ProtocolNettyServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<ProtocolMessage> { private int count = 0; @Override protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ProtocolMessage msg) throws Exception { // 接收到数据并处理 int length = msg.getLength(); String bodyStr = new String(msg.getContent(), StandardCharsets.UTF_8); System.out.println("===================================="); System.out.println("服务器接收的消息如下："); System.out.println("报文长度：" + length); System.out.println("报文体内容： " + bodyStr); System.out.println("服务器累计接收到的消息包数量 = " + ++this.count); // 回复客户端 byte[] body = ("我是服务器" + count).getBytes(StandardCharsets.UTF_8); int responseLen = body.length; // 构建一个响应协议包 ProtocolMessage responseMsg = new ProtocolMessage(); responseMsg.setLength(responseLen); responseMsg.setContent(body); ctx.writeAndFlush(responseMsg); } @Override public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception { cause.printStackTrace(); ctx.close(); }}点击复制5.3、Netty客户端
public class ProtocolNettyClient89 { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup(); try { Bootstrap bootstrap = new Bootstrap(); bootstrap.group(group) .channel(NioSocketChannel.class) .handler(new ProtocolNettyClientInitializer()); // 自定义一个初始化类 // 连接服务器 ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("localhost", 8089).sync(); channelFuture.channel().closeFuture().sync(); } finally { group.shutdownGracefully(); } }}点击复制初始化类 ProtocolNettyClientInitializer()：
public class ProtocolNettyClientInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> { @Override protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception { ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline(); // 添加出站处理器- 协议报文转字节以便网络传输 pipeline.addLast(new ProtocolMessageEncoder()); // 添加入站解码器-把字节转为协议报文对象以便业务逻辑处理 pipeline.addLast(new ProtocolMessageDecoder()); // 添加一个自定义handler，处理业务逻辑 pipeline.addLast(new ProtocolNettyClientHandler()); }}点击复制处理类 ProtocolNettyClientHandler()：
public class ProtocolNettyClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<ProtocolMessage> { private int count; @Override protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ProtocolMessage msg) throws Exception { // 读取服务器响应报文 int length = msg.getLength(); byte[] body = msg.getContent(); System.out.println("============================="); System.out.println("客户端接收的消息如下："); System.out.println("长度 = " + length); System.out.println("报文体 = " + new String(body, StandardCharsets.UTF_8)); System.out.println("客户端累计接收的消息包数量 = " + ++count); } @Override public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception { // 发送10条数据到服务器 for (int i = 1; i <= 5; i++) { byte[] body = ("你好服务器，我是客户端张三" + i).getBytes(StandardCharsets.UTF_8); // 创建协议包对象 ProtocolMessage message = new ProtocolMessage(); message.setContent(body); message.setLength(body.length); // 发送 ctx.writeAndFlush(message); } } @Override public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception { cause.printStackTrace(); ctx.close(); }}点击复制5.4、编码类与解码类
解码类 ProtocolMessageDecoder()：
/** * @Description 协议报文解码器 */public class ProtocolMessageDecoder extends ByteToMessageDecoder { @Override protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List<Object> out) throws Exception { System.out.println("ProtocolMessageDecoder.decode() 被调用"); // 把字节 转为 协议报文 int length = in.readInt(); byte[] body = new byte[length]; in.readBytes(body); // 封装成 ProtocolMessage，放入out，送入下一个 Handler处理 ProtocolMessage protocolMessage = new ProtocolMessage(); protocolMessage.setLength(length); protocolMessage.setContent(body); // 添加到out out.add(protocolMessage); }}点击复制编码类 ProtocolMessageEncoder ()：
/** * @Description 协议消息编码器 */public class ProtocolMessageEncoder extends MessageToByteEncoder<ProtocolMessage> { @Override protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, ProtocolMessage msg, ByteBuf out) throws Exception { System.out.println("ProtocolMessageEncoder.encode() 被调用"); out.writeInt(msg.getLength()); out.writeBytes(msg.getContent()); }}点击复制6、再次测试
客户端发送5条消息到服务器：
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服务器接收的数据包为 5个，如下（显然没有发生拆包粘包现象）：
ProtocolMessageDecoder.decode() 被调用====================================服务器接收的消息如下：报文长度：40报文体内容： 你好服务器，我是客户端张三1服务器累计接收到的消息包数量 = 1ProtocolMessageEncoder.encode() 被调用ProtocolMessageDecoder.decode() 被调用====================================服务器接收的消息如下：报文长度：40报文体内容： 你好服务器，我是客户端张三2服务器累计接收到的消息包数量 = 2ProtocolMessageEncoder.encode() 被调用ProtocolMessageDecoder.decode() 被调用====================================服务器接收的消息如下：报文长度：40报文体内容： 你好服务器，我是客户端张三3服务器累计接收到的消息包数量 = 3ProtocolMessageEncoder.encode() 被调用ProtocolMessageDecoder.decode() 被调用====================================服务器接收的消息如下：报文长度：40报文体内容： 你好服务器，我是客户端张三4服务器累计接收到的消息包数量 = 4ProtocolMessageEncoder.encode() 被调用ProtocolMessageDecoder.decode() 被调用====================================服务器接收的消息如下：报文长度：40报文体内容： 你好服务器，我是客户端张三5服务器累计接收到的消息包数量 = 5ProtocolMessageEncoder.encode() 被调用点击复制7、结尾
以上内容就是netty使用数据包添加报文头部的方式解决粘包拆包的现象
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原始发表：2023-10-27 ，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
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