解決粘包問題

目錄

• 一、解決粘包問題(low版)
  • 1.1 服務端
  • 1.2 客戶端
  • 1.3 為何low
• 二、補充struct模塊
  • 2.1 簡單使用
• 三、解決粘包問題(Nick版)
  • 3.1 使用struct模塊創建報頭
  • 3.2 服務端
  • 3.3 客戶端
• 四、TCP協議粘包問題分析
  • 4.1 服務端
  • 4.2 客戶端
  • 4.3 服務端
  • 4.4 客戶端

一、解決粘包問題(low版)

問題的根源在於，接收端不知道發送端將要傳送的字節流的長度，所以解決粘包的方法就是圍繞，如何讓發送端在發送數據前，把自己將要發送的字節流總大小讓接收端知曉，然后接收端來一個死循環接收完所有數據。

1.1 服務端

import socket, subprocess

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

server.bind(('127.0.0.1', 8000))
server.listen(5)

while True:
    conn, addr = server.accept()

    print('start...')
    while True:
        cmd = conn.recv(1024)
        print('cmd:', cmd)

        obj = subprocess.Popen(cmd.decode('utf8'),
                               shell=True,
                               stderr=subprocess.PIPE,
                               stdout=subprocess.PIPE)

        stdout = obj.stdout.read()

        if stdout:
            ret = stdout
        else:
            stderr = obj.stderr.read()
            ret = stderr

        ret_len = len(ret)

        conn.send(str(ret_len).encode('utf8'))

        data = conn.recv(1024).decode('utf8')

        if data == 'recv_ready':
            conn.sendall(ret)

    conn.close()

server.close()

1.2 客戶端

import socket

client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

client.connect(('127.0.0.1', 8000))

while True:
    msg = input('please enter your cmd you want>>>').strip()

    if len(msg) == 0: continue

    client.send(msg.encode('utf8'))
    length = int(client.recv(1024))

    client.send('recv_ready'.encode('utf8'))

    send_size = 0
    recv_size = 0

    data = b''

    while recv_size < length:
        data = client.recv(1024)
        recv_size += len(data)

    print(data.decode('utf8'))

1.3 為何low

程序的運行速度遠快於網絡傳輸速度，所以在發送一段字節前，先用send去發送該字節流長度，這種方式會放大網絡延遲帶來的性能損耗

二、補充struct模塊

2.1 簡單使用

import struct
import json

# 'i'是格式
try:
    obj = struct.pack('i', 1222222222223)
except Exception as e:
    print(e)
    obj = struct.pack('i', 1222)
print(obj, len(obj))

'i' format requires -2147483648 <= number <= 2147483647
b'\xc6\x04\x00\x00' 4

res = struct.unpack('i', obj)
print(res[0])

1222

三、解決粘包問題(Nick版)

解決粘包問題的核心就是：為字節流加上自定義固定長度報頭，報頭中包含字節流長度，然后一次send到對端，對端在接收時，先從緩存中取出定長的報頭，然后再取真實數據。

3.1 使用struct模塊創建報頭

import json
import struct

header_dic = {
    'filename': 'a.txt',
    'total_size':
    111111111111111111111111111111111222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222223131232,
    'hash': 'asdf123123x123213x'
}

header_json = json.dumps(header_dic)

header_bytes = header_json.encode('utf-8')
print(len(header_bytes))

# 'i'是格式
obj = struct.pack('i', len(header_bytes))
print(obj, len(obj))

223
b'\xdf\x00\x00\x00' 4

res = struct.unpack('i', obj)
print(res[0])

223

3.2 服務端

from socket import *
import subprocess
import struct
import json

server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
server.bind(('127.0.0.1', 8000))
server.listen(5)

print('start...')
while True:
    conn, client_addr = server.accept()
    print(conn, client_addr)

    while True:
        cmd = conn.recv(1024)

        obj = subprocess.Popen(cmd.decode('utf8'),
                               shell=True,
                               stderr=subprocess.PIPE,
                               stdout=subprocess.PIPE)

        stderr = obj.stderr.read()
        stdout = obj.stdout.read()

        # 制作報頭
        header_dict = {
            'filename': 'a.txt',
            'total_size': len(stdout) + len(stderr),
            'hash': 'xasf123213123'
        }
        header_json = json.dumps(header_dict)
        header_bytes = header_json.encode('utf8')

        # 1. 先把報頭的長度len(header_bytes)打包成4個bytes，然后發送
        conn.send(struct.pack('i', len(header_bytes)))
        # 2. 發送報頭
        conn.send(header_bytes)
        # 3. 發送真實的數據
        conn.send(stdout)
        conn.send(stderr)

    conn.close()

server.close()

3.3 客戶端

from socket import *
import json
import struct

client = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1', 8000))

while True:
    cmd = input('please enter your cmd you want>>>')

    if len(cmd) == 0: continue

    client.send(cmd.encode('utf8'))

    # 1. 先收4個字節，這4個字節中包含報頭的長度
    header_len = struct.unpack('i', client.recv(4))[0]

    # 2. 再接收報頭
    header_bytes = client.recv(header_len)

    # 3. 從包頭中解析出想要的東西
    header_json = header_bytes.decode('utf8')
    header_dict = json.loads(header_json)
    total_size = header_dict['total_size']

    # 4. 再收真實的數據
    recv_size = 0
    res = b''
    while recv_size < total_size:
        data = client.recv(1024)

        res += data
        recv_size += len(data)

    print(res.decode('utf8'))

client.close()

四、TCP協議粘包問題分析

1.nagle算法規定，TCP協議會將數據量較小、時間間隔短的數據合並為一條發送給客戶端

4.1 服務端

from socket import *

server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
server.bind(('127.0.0.1', 8080))
server.listen(5)

conn, addr = server.accept()

# 正確做法，客戶端制作報頭
# res1 = conn.recv(5)
# print('第一次；', res1)

# res2 = conn.recv(5)
# print('第二次；', res2)

# res3 = conn.recv(4)
# print('第三次；', res3)


# low方法+客戶端的睡眠
res1 = conn.recv(1024)
print('第一次；', res1)

res2 = conn.recv(1024)
print('第二次；', res2)

res3 = conn.recv(1024)
print('第三次；', res3)

4.2 客戶端

from socket import *
import time

client = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1', 8080))

client.send(b'hello')
client.send(b'world')
client.send(b'nick')
# 服務端收到b'helloworldnick'

client.send(b'hello')
time.sleep(0.2)
# 服務端收到b'hello'

client.send(b'world')
time.sleep(0.2)
# 服務端收到b'world'

client.send(b'nick')
# 服務端收到b'nick'

2.接收方不及時接收緩沖區的包，造成多個包接收（客戶端發送了一段數據，服務端只收了一小部分，服務端下次再收的時候還是從緩沖區拿上次遺留的數據，產生粘包）

4.3 服務端

# _*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'nickchen121'
from socket import *
ip_port = ('127.0.0.1', 8080)

TCP_socket_server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
TCP_socket_server.bind(ip_port)
TCP_socket_server.listen(5)

conn, addr = TCP_socket_server.accept()

data1 = conn.recv(2)  # 一次沒有收完整
data2 = conn.recv(10)  # 下次收的時候,會先取舊的數據,然后取新的

print('----->', data1.decode('utf-8'))
print('----->', data2.decode('utf-8'))

conn.close()

4.4 客戶端

# _*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'nickchen121'
import socket
BUFSIZE = 1024
ip_port = ('127.0.0.1', 8080)

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
res = s.connect_ex(ip_port)

s.send('hello feng'.encode('utf-8'))