Netty（三）什么是 TCP 拆、粘包？如何解决？

前言

记得前段时间我们生产上的一个网关出现了故障。

这个网关逻辑非常简单，就是接收客户端的请求然后解析报文最后发送短信。

但这个请求并不是常见的 HTTP ，而是利用 Netty 自定义的协议。

有个前提是：网关是需要读取一段完整的报文才能进行后面的逻辑。

问题是有天突然发现网关解析报文出错，查看了客户端的发送日志也没发现问题，最后通过日志发现收到了许多不完整的报文，有些还多了。

于是想会不会是 TCP 拆、粘包带来的问题，最后利用 Netty 自带的拆包工具解决了该问题。

这便有了此文。

TCP 协议

问题虽然解决了，但还是得想想原因，为啥会这样？打破砂锅问到底才是一个靠谱的程序员。

这就得从 TCP 这个协议说起了。

TCP 是一个面向字节流的协议，它是性质是流式的，所以它并没有分段。就像水流一样，你没法知道什么时候开始，什么时候结束。

所以他会根据当前的套接字缓冲区的情况进行拆包或是粘包。

下图展示了一个 TCP 协议传输的过程：

发送端的字节流都会先传入缓冲区，再通过网络传入到接收端的缓冲区中，最终由接收端获取。

当我们发送两个完整包到接收端的时候：

正常情况会接收到两个完整的报文。

但也有以下的情况：

接收到的是一个报文，它是由发送的两个报文组成的，这样对于应用程序来说就很难处理了（这样称为粘包）。

还有可能出现上面这样的虽然收到了两个包，但是里面的内容却是互相包含，对于应用来说依然无法解析（拆包）。

对于这样的问题只能通过上层的应用来解决，常见的方式有：

在报文末尾增加换行符表明一条完整的消息，这样在接收端可以根据这个换行符来判断消息是否完整。

将消息分为消息头、消息体。可以在消息头中声明消息的长度，根据这个长度来获取报文（比如 808 协议）。

规定好报文长度，不足的空位补齐，取的时候按照长度截取即可。

以上的这些方式我们在 Netty 的 pipline 中里加入对应的解码器都可以手动实现。

但其实 Netty 已经帮我们做好了，完全可以开箱即用。

比如：

可以基于换行符解决。

可基于分隔符解决。

可指定长度解决。

字符串拆、粘包

下面来模拟一下最简单的字符串传输。

还是在之前的

https://github.com/crossoverJie/netty-action

进行演示。

在 Netty 客户端中加了一个入口可以循环发送 100 条字符串报文到接收端：

服务端直接打印即可：

顺便提一下，这里加的有一个字符串的解码器： 其实就是把消息解析为字符串。

在 Swagger 中调用了客户端的接口用于给服务端发送了 100 次消息：

正常情况下接收端应该打印 100 次 才对，但是查看日志会发现：

收到的内容有完整的、多的、少的、拼接的；这也就对应了上面提到的拆包、粘包。

该怎么解决呢？这便可采用之前提到的 利用换行符解决。

利用 LineBasedFrameDecoder 解决问题

解码器使用非常简单，只需要在 pipline 链条上添加即可。

构造函数中传入了 1024 是指报的长度最大不超过这个值，具体可以看下文的源码分析。

然后我们再进行一次测试看看结果：

注意，由于 LineBasedFrameDecoder 解码器是通过换行符来判断的，所以在发送时，一条完整的消息需要加上 。

最终的结果：

仔细观察日志，发现确实没有一条被拆、粘包。

LineBasedFrameDecoder 的原理

目的达到了，来看看它的实现原理：

第一步主要就是 方法去找到当前报文中是否存在分隔符，存在就会返回分隔符所在的位置。

判断是否需要丢弃，默认为 false ，第一次走这个逻辑（下文会判断是否需要改为 true）。

如果报文中存在换行符，就会将数据截取到那个位置。

如果不存在换行符（有可能是拆包、粘包），就看当前报文的长度是否大于预设的长度。大于则需要缓存这个报文长度，并将 discarding 设为 true。

如果是需要丢弃时，判断是否找到了换行符，存在则需要丢弃掉之前记录的长度然后截取数据。

如果没有找到换行符，则将之前缓存的报文长度进行累加，用于下次抛弃。

从这个逻辑中可以看出就是寻找报文中是否包含换行符，并进行相应的截取。

由于是通过缓冲区读取的，所以即使这次没有换行符的数据，只要下一次的报文存在换行符，上一轮的数据也不会丢。

高效的编码方式 Google Protocol

上面提到的其实就是在解码中进行操作，我们也可以自定义自己的拆、粘包工具。

编解码的主要目的就是为了可以编码成字节流用于在网络中传输、持久化存储。

Java 中也可以实现 Serializable 接口来实现序列化，但由于它性能等原因在一些 RPC 调用中用的很少。

而 则是一个高效的序列化框架，下面来演示在 Netty 中如何使用。

安装

首先第一步自然是安装：

在官网下载对应的包。

本地配置环境变量：

当执行 出现以下结果表明安装成功：

定义自己的协议格式

接着是需要按照官方要求的语法定义自己的协议格式。

比如我这里需要定义一个输入输出的报文格式：

BaseRequestProto.proto:

BaseResponseProto.proto:

再通过

protoc 命令将刚才定义的协议格式转换为 Java 代码，并生成在 目录。

只需要将生成的代码拷贝到我们的项目中，同时引入依赖：

利用 Protocol 的编解码也非常简单：

利用 来做一个演示，先编码再解码最后比较最终的结果是否相同。答案肯定是一致的。

利用 protoc 命令生成的 Java 文件里已经帮我们把编解码全部都封装好了，只需要简单调用就行了。