Netty学习二 TCP粘包拆包以及Netty解决TCP粘包拆包

1、TCP粘包拆包

操作系统

我们都知道，操作系统的核心是内核，独立于普通的应用程序之外，可以访问受保护的内存空间，也有访问底层硬件设备的所有权限。
为了保护用户进程不能直接访问操作内核，保证内核的安全，操作系统划分为两部分，一部分为内核空间，另一部分为用户空间。

I/O模型

为了操作系统的安全考虑，进程是无法直接访问I/O设备的，必须通过系统调用请求内核来完成I/O操作，而内核会为每个I/O设备维护一个缓冲区(buffer)

整个请求过程为:

1、用户进程发起请求，内核接受到请求之后，从I/O设备获取数据到buffer中
2、再将buffer中的数据copy到用户进程的地址空间
3、该用户进程获取到数据之后再响应客户端

粘包和拆包

同样的，操作系统通过TCP协议发送数据的时候，也会先将数据存放在缓冲区中，假设缓冲区的大小为1024个字节

粘包

如果发送的数据包比较小，远小于缓冲区的大小，TCP会将多个数据包合并为一个数据包发送，这就发生了粘包

拆包

如果发送的数据包比较大，远大于缓冲区的大小，TCP会将数据包拆分为多个数据包发送，这就发生了拆包

• 服务端分两次读到了两个独立的数据包，分别是D1和D2，没有粘包和拆包
• 服务端一次接收到了两个数据包，D1和D2粘在一起，发生了粘包
• 服务端分两次读到了两个数据包，一次读到了完整的D1包和D2的部分包D2_1，第二次读到了D2剩下的包D2_2
• 服务端分两次读到了两个数据包，一次读到了D1的部分分D1_1,第二次读到了D1的剩下的包D1_2和完整的D2包

2、TCP粘包拆包解决

对于TCP粘包拆包问题，有以下4种解决办法 > (1) 消息定长，例如每个数据包的大小都为128字节，如果不够，空位补空格 > (2) 客户端在每个包的末尾使用固定的分隔符，例如 ，如果一个包被拆分了，则等待下一个包发送过来之后找到其中的 ，然后对其拆分后的头部部分与前一个包的剩余部分进行合并，这样就得到了一个完整的包 > (3) 将消息分为头部和消息体，在头部中保存有当前整个消息的长度，只有在读取到足够长度的消息之后才算是读到了一个完整的消息 > (4) 通过自定义协议进行粘包和拆包的处理

3、Netty粘包拆包示例

客户端向服务端发送3条消息，服务端在收到消息之后也回复客户端3条消息

客户端

public class HelloWorldClient {

	private int port;
	private String address;

	public HelloWorldClient(int port, String address) {
		this.port = port;
		this.address = address;
	}

	public void start() {
		EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();

		Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
		bootstrap.group(group).channel(NioSocketChannel.class)
				.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>(){

					@Override
					protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
						ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline();
						
						pipeline.addLast("decoder", new StringDecoder());// 字符串解码和编码
						pipeline.addLast("encoder", new StringEncoder());
						pipeline.addLast("handler", new ChannelInboundHandlerAdapter(){
							
							@Override
							public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
								System.out.println("客户端收到消息:[" + msg + "]");
							}
						});//自定义handler
					}
				});

		try {
			ChannelFuture future = bootstrap.connect(address,port).sync();
			Channel channel = future.channel();
			channel.writeAndFlush("我是客户端,地址:" + channel.remoteAddress());
			channel.closeFuture().sync();
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			group.shutdownGracefully();
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		HelloWorldClient client = new HelloWorldClient(8888, "127.0.0.1");
		client.start();
	}
}

服务端

public class HelloWorldServer {

	private int port;
	
	public HelloWorldServer(int port) {
		this.port = port;
	}
	
	public void start(){
		EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();//创建父子线程组
		EventLoopGroup workGroup = new NioEventLoopGroup();
		
		ServerBootstrap server = new ServerBootstrap();
		server.group(bossGroup, workGroup)
			  .channel(NioServerSocketChannel.class)//指定处理客户端的通道
			  .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>(){

				@Override
				protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
					ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline();
					
					pipeline.addLast("decoder", new StringDecoder());// 字符串解码和编码
					pipeline.addLast("encoder", new StringEncoder());
					pipeline.addLast("handler", new ChannelInboundHandlerAdapter(){
						
						@Override
						public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
							System.out.println("服务端收到消息:[" + msg + "]");
							ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("我是服务端".getBytes()));
							ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("我是服务端".getBytes()));
							ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("我是服务端".getBytes()));
						}
					});//自定义handler
				}
			  });//通道初始化
		try {
			ChannelFuture future = server.bind(port).sync();
			future.channel().closeFuture().sync();
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		} finally{
			bossGroup.shutdownGracefully();
			workGroup.shutdownGracefully();
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		HelloWorldServer server = new HelloWorldServer(8888);
		server.start();
	}
}

运行结果：
服务端

客户端

可以看到，客户端收到的3条消息都粘在一起了

4、Netty解决粘包拆包

4.1、采用定长解决

客户端添加FixedLengthFrameDecoder消息定长解码器，服务端不用处理

运行结果

可以看到，客户端收到的消息确实是按字节数来分割的，但是由于一条消息的长度超过10个字节，所以在遇到中文字符时，会发生乱码，这也是定长分隔符的不足之处

4.2、采用分隔符

客户端修改initChannel方法，自定义 $ 为分隔符

**服务端在消息的末尾加上自定义分隔符 $ **

那么客户端收到的消息就是单独的消息了，没有粘包