细说 Netty 中的粘包和拆包

TCP/IP中的“粘包”与“拆包”

“粘包拆包”是个伪命题

确实，我也认为这是个伪命题，tcp这种双工面向流的协议，本来就没有粘拆包的说法；tcp只保证可靠数据传输，至于包的界限问题应该需要由上层的应用处理。

粘包与拆包指的是什么？

应用程序单次读到了不完整的包属于拆包

比如socket.read(buf)时，读到的buf不完整

应用程序单次读到了预期之外的数据，属于粘包

比如socket.read(buf)时，读到的buf内包含其他数据

但为什么会有粘拆包问题呢？

TCP发送报文使用的是滑动窗口（Sliding Window）的方式，发送端和接收端都会维护一个buffer，发送的数据首先会存至buffer，然后通过网络发送给接收端的buffer中

无论发送方发了多少数据，发了几次数据，对于接收方来说，都是从buffer中读取数据

接收方的socket.read操作，只是从recv buffer中读取数据，至于这个数据是多少组IP数据报，是发送端几次socket.write发送的，应用层无法感知

所以接收方读取buffer的界限一定是由应用层来控制，如果应用层不考虑包界限问题直接读取，那么就一定会出现一次socket.read读取了一段错误区间的报文，从而发生“粘包”和“拆包”问题

如果接收端读取数据时，还存在上次没有读取完成的buffer，那么就会错读，出现“粘包”问题；如果读取时，发送端一次发送的报文的所有IP数据报还没有到达recv buffer，那么就会少读，出现“拆包”问题

在应用层角度来观察粘拆包

写一个简易版TCP Server

    //接收4k*1000大小的数据
    ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
    serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(9527));
    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
    int size = 4096*1000;
    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(size);
    while (byteBuffer.hasRemaining()){
        int read = socketChannel.read(byteBuffer);
        System.out.println(read);
    }

简易版TCP Client

    //发送4k*1000大小的数据
    int size = 4096*1000;
    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(size);
    SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
    socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",9527));
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        byteBuffer.put((byte) 1);
    }
    byteBuffer.flip();
    while (byteBuffer.hasRemaining()){
        int write = socketChannel.write(byteBuffer);
        System.out.println(write);
    }

当前环境下，MSS是1380，,IP层分片默认是禁用的（Don`t fragment）,忽略即可

看一下执行结果：

//服务端打印结果
39672
2736
2736
2736
13680
2736
19152
2736
10944
2736
5472
2736
16416
2736
2736
12312
1368
5472
1368

从日志上看，每次读取的报文最小值是1368，刚好比mss小一点点（mss只是最大报文段长度，实际可读取的值需要减去各层协议的首部大小，所以最小值是1368）。每次读取的长度值虽然有波动，但都是1368的整数倍。

由此可见，每次可读取的报文大小（tcp buffer中），都是以ip数据报为单位的。接收端每次接收的报文大小也都是以ip数据报为单位。

所以在读取报文（tcp buffer）时，也是以ip数据报为单位，绝对不会出现读取到半个ip包的问题（忽略因mtu大小导致的ip层分片）。

那么粘包拆包里的这个“包”的最小单位也是一个IP数据报

问题解决

解决这个问题也很简单，只需要限制包的界限就可以。比如定长读取，如果不够就等待或者继续读取，直到读够为止。一次定长读取完成后，再开始下一次的读取。

Netty中的粘拆包处理

Netty中并没有直接说粘包拆包这个问题，但《Netty权威指南》这本书上倒解释了粘包拆包，不用纠结这个名词，跟着大多数人叫也没错，错的人多了也就是对的。

Netty的请求处理是一个Pipeline结构，通过handler接口，可以定义不同的encoder/decoder，从而解决粘包拆包（处理包界限）问题，当然也可以自己处理，原理都是相同的。

Netty中内置了几个编解码器，可以很简单的处理包界限问题。

LengthFieldBasedFrameDecoder

通过在包头增加消息体长度的解码器，解析数据时首先获取首部长度，然后定长读取socket中的数据。

LineBasedFrameDecoder

换行符解码器，报文尾部增加固定换行符rn，解析数据时以换行符作为报文结尾。

DelimiterBasedFrameDecoder

分隔符解码器，使用特定分隔符作为报文的结尾，解析数据时以定义的分隔符作为报文结尾

FixedLengthFrameDecoder

定长解码器，这个最简单，消息体固定长度，解析数据时按长度读取即可