前言
上一篇我們介紹了如果使用Netty來開發一個簡單的服務端和客戶端，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行網絡轉播的，當tcp三次握手簡歷通信后，客戶端服務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底層並不了解上層的業務數據的具體含義，它會根據TCP緩沖區的實際情況進行包的划分。
所以對於我們應用層而言。我們直觀是發送一個個連續完整TCP數據包的，而在底層就可能會出現將一個完整的TCP拆分成多個包發送或者將多個包封裝成一個大的數據包發送。
這就是所謂的TCP粘包和拆包。
當發生TCP粘包/拆包會發生什么情況
我們舉一個簡單例子說明：
客戶端向服務端發送兩個數據包：第一個內容為 123；第二個內容為456。服務端接受一個數據並做相應的業務處理（這里就是打印接受數據加一個逗號）。
那么服務端輸出結果將會出現下面四種情況
| 服務端響應結果 | 結論 |
|---|---|
| 123，456， | 正常接收，沒有發生粘包和拆包 |
| 123456， | 異常接收，發生tcp粘包 |
| 123，4，56， | 異常接收，發生tcp拆包 |
| 12，3456， | 異常接收，發生tcp拆包和粘包 |
如何解決
主流的協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，如果不夠，空位補空格；
- 在包尾增加回車換行符進行切割；
- 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；
- 更復雜的應用層協議。
對於之前描述的案例，在這里我們就可以采取方案1和方案3。
以方案1為例：我們每次發送的TCP包只有三個數字，那么我將報文設置為3個字節大小的，此時，服務器就會以三個字節為基准來接受包，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
服務端
public class PrintServer {
public void bind(int port) throws Exception {
// 配置服務端的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();
// 等待服務端監聽端口關閉
f.channel().closeFuture().sync();
} finally {
// 優雅退出，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); //將緩存區的字節數組復制到新建的req數組中
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("服務端回應消息 : " + 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，客戶端接受服務端數據答應，並回復客戶端信息，客戶端接受到數據后打印數據。
我們觀察代碼可以發現，要想Netty解決粘包拆包問題，只需在編寫服務端和客戶端的pipeline上加上相應的解碼器即可，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，它被設計用來支持TCP的粘包和拆包。原理為：如果連續讀取到最大長度后任然沒有發現換行符，就會拋出異常，同時忽略掉之前督導的異常碼流。
DelimiteBasedFrameDecoder
該解碼器的可以自動完成以分割符作為碼流結束標識的消息解碼。（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：
只需要修改服務端和客戶端對應代碼中的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：首先創建分隔符緩沖對象ByteBuf，並指定以"_"作為分隔符。
注釋2：將分隔符緩沖對象ByteBuf傳入DelimiterBasedFrameDecoder，並指定最大長度。
注釋3：指定為字符串字節流
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進行自動解碼。
使用同樣也很簡單：
同樣只需要修改服務端和客戶端對應代碼中的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流就將其看作一個包來經行處理。
總結
Netty已經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，源碼內容待我研究歸來，再進行展開，哈哈，完活~睡覺！