Netty 粘包/拆包應用案例及解決方案分析

熟悉TCP變成的能夠知道，不管是客戶端仍是服務端，但咱們讀取或者發送消息的時候，都須要考慮TCP底層粘包/拆包機制，下面咱們先看一下TCP 粘包/拆包和基礎知識，而後模擬一個沒有考慮TCP粘包/拆包致使功能異常的案例，最後，經過正確的例程來談談Netty是如何實現的。

主要內容：

• TCP粘包/拆包的基礎知識

• 沒考慮TCP粘包/拆包的問題案例

• 使用Netty解決讀半包問題

 

一、TCP粘包/拆包

    TCP是個「流「協議，所謂流，就是沒有界限的一串數據。TCP底層並不知道上層業務邏輯，它會根據TCP緩衝區的實際狀況進行包的拆分，因此在業務上認爲，一個完整的包可能會被拆分紅多個包進行發送，也有可能把多個小的包封裝成一個大的數據包發送，這就是所謂的TCP粘包/拆包的問題。

二、TCP粘包/拆包發生的緣由

    問題產生的緣由有三個：以下

• 應用程序write寫入的字節大小大於套接口發送緩衝區大小；

• 進行MSS大小的分段；

• 以太網幀的payload大於MTU進行IP分片； 

備註：mtu是網絡傳輸最大報文包。mss是網絡傳輸數據最大值。 

三、粘包問題的解決策略

   因爲底層TCP沒法理解上層業務數據，因此在底層是沒法保證數據包不被拆分和重組的，這個問題只能經過上層的應用協議棧設計來解決，根據業界的主流協議的解決方案，能夠概括以下：

• 消息定長，例如每一個報文的大小長度200字節，若是不夠，不空格；

• 在包尾增長回車換行符，例如FTP協議；

• 將消息分爲消息頭和消息體，消息頭包含表示消息總長度的字段，一般設計思路爲消息頭的第一個字段使用int32來表示消息的總長度；

• 更復雜的設計協議；

介紹完了TCP粘包/拆包的基礎知識後，咱們看一下Netty是如何解決半包問題的，是如何使用Netty的半包解碼器來解決TCP粘包/拆包問題。

四、未考慮TCP粘包/拆包問題出現的功能異常

TimeServer的改造（能夠查看上一篇文章中的netty客戶端-服務端的實現）：

每讀到一條消息後，就計數一次，而後發送應答消息給服務端。

TimeClient端的改造：

運行結果（服務端接收指令）：

The time server receive order : QUERY TIME ORDER

此處省略57行。。。。。。。

QUERY TIME ORD ; the counter is :1

The time server receive order : 

此處省略43行。。。。。。。

QUERY TIME ORDER ; the counter is :2

運行結果（客戶端接收響應）：

Now is : BAD ORDER

BAD ORDER

 ; the counter is : 1

緣由分析：服務端運行結果代表它只接收到兩條消息，第一條包含57條「QUERY TIME ORDER」指令，次日包含了43條指令，總數100條，咱們指望的也是100條，可是計數只有兩條，全部發生TCP粘包，按照設計初衷，客戶端應該收到100響應，但實際上只收到了1條，不難理解，客戶端也發生了粘包，一條應答消息中包含兩條「BAD ORDER」指令的消息。

五、經過LineBasedFrameDecoder解決TCP粘包問題

   爲了解決TCP粘包/拆包致使的半包讀寫問題，Netty默認提供了多種編解碼器用於處理半包，這是其餘NIO框架和JDK原生的NIO API不能匹敵的。

直接上代碼

TimeServer：

    在原來的TimeServerHandler以前增長了兩個解碼器：LineBasedFrameDecoder、StringDecoder

 

TimeServerHandler：

TimeClient：

TimeClientHandler：

支持TCP粘包的運行結果：

服務端：

 

The time server receive order : QUERY TIME ORDER ; the counter is :1

此處省略92條。。。。。。

The time server receive order : QUERY TIME ORDER ; the counter is :100

客戶端：

 

Now is : Tue Aug 21 15:15:21 CST 2018 ; the counter is : 1

此處省略92條。。。。。。

Now is : Tue Aug 21 15:15:21 CST 2018 ; the counter is : 100

 

六、LineBasedFrameDecoder、StringDecoder原來分析

   LineBasedFrameDecoder的工做原理是它依次遍歷ByteBuf中的可讀字節，判斷是否有「\n「或者「\r\n」，若是有，就以此位置爲結束位置，從可讀索引到結束位置區間的字節就組成了一行。它是以換行符爲結束標記的解碼器，

    StringDecoder很是簡單，就是將接收到的對象轉換成字符串，而後繼續調用後面的Handler,

總結：LineBasedFrameDecoder + StringDecoder組合就是按行切換的文本解碼器，它被設計用來支持TCP的粘包、拆包。

疑問：

一、若是發送的消息不是以換行符結束的怎麼辦？

二、靠消息頭中的長度字段來分包的怎麼辦？

這樣的話是否須要本身寫半包解碼器，答案是否認的，Netty 提供了多種支持 TCP粘包、拆包的解碼器，用來知足需求，下面的文章中會詳細介紹《分隔符解碼器》《定長解碼器》，由於它在項目中使用很是普遍，因此單獨去分享這一知識點。