使用Netty解決TCP粘包和拆包問題過程詳解
前言
上一篇我們介紹了如果使用Netty來開發(fā)一個簡單的服務(wù)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(jìn)行網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)播的，當(dāng)tcp三次握手簡歷通信后，客戶端服務(wù)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(wù)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(jìn)行包的劃分。
所以對于我們應(yīng)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(dāng)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(wù)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(wù)端接受一個數(shù)據(jù)并做相應(yīng)的業(yè)務(wù)處理（這里就是打印接受數(shù)據(jù)加一個逗號）。
那么服務(wù)端輸出結(jié)果將會出現(xiàn)下面四種情況
| 服務(wù)端響應(yīng)結(jié)果 | 結(jié)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(jìn)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(fù)雜的應(yīng)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(shè)置為3個字節(jié)大小的，此時，服務(wù)器就會以三個字節(jié)為基準(zhǔn)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(wù)端
public class PrintServer {
public void bind(int port) throws Exception {
// 配置服務(wù)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(wù)端監(jiān)聽端口關(guān)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(wù)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(fù)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(wù)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(wù)端回應(yīng)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(wù)端數(shù)據(jù)答應(yīng)，并回復(fù)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(wù)端和客戶端的pipeline上加上相應(yīng)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(shè)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(dǎo)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(jié)束標(biāo)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(wù)端和客戶端對應(yīng)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(xì)進(jìn)行自動解碼。
使用同樣也很簡單：
同樣只需要修改服務(wù)端和客戶端對應(yīng)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(jié)
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(jìn)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(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。
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