TCP的粘包和拆包問題及解決

前言

TCP屬於傳輸層的協議，傳輸層除了有TCP協議外還有UDP協議。那么UDP是否會發生粘包或拆包的現象呢？答案是不會。UDP是基於報文發送的，從UDP的幀結構可以看出，在UDP首部采用了16bit來指示UDP數據報文的長度，因此在應用層能很好的將不同的數據報文區分開，從而避免粘包和拆包的問題。而TCP是基於字節流的，雖然應用層和TCP傳輸層之間的數據交互是大小不等的數據塊，但是TCP把這些數據塊僅僅看成一連串無結構的字節流，沒有邊界；另外從TCP的幀結構也可以看出，在TCP的首部沒有表示數據長度的字段，基於上面兩點，在使用TCP傳輸數據時，才有粘包或者拆包現象發生的可能。

解決TCP粘包和拆包得方法

• 發送端給每個數據包添加包首部，首部中應該至少包含數據包的長度，這樣接收端在接收到數據后，通過讀取包首部的長度字段，便知道每一個數據包的實際長度了。
• 發送端將每個數據包封裝為固定長度（不夠的可以通過補0填充），這樣接收端每次從接收緩沖區中讀取固定長度的數據就自然而然的把每個數據包拆分開來。
• 可以在數據包之間設置邊界，如添加特殊符號，這樣，接收端通過這個邊界就可以將不同的數據包拆分開。
  等等。

封裝一個帶首部信息得包

一個網絡數據包包括：首部大小(size_t)，操作類型(int)+數據(char*)。
假設有定義的結構體CMD_TYPE_T是用來標識操作類型

typedef enum cmd_Type
{
    Cmd_LoginRequest = 1,
    Cmd_LoginResponse = 2,
} CMD_TYPE_T;

C語言

頭文件tcpwrap.h

#ifndef TCPWRAP_H
#define TCPWRAP_H

#include <memory>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>

//指定字節對齊
#pragma pack(push,1)

typedef struct
{
    size_t length;
    int cmd;
}Packet;

#pragma pack(pop)

class TcpDataWrap
{
public:
	TcpDataWrap();
public:
	void sendPackData(int sockfd, CMD_TYPE_T cmd, char* buf, int bufLen);
	size_t recvUnpackData (int sockfd ,char*& recvBuf);
};

#endif

源文件tcpwrap.cpp

#include "tcpwrap.h"

TcpDataWrap::TcpDataWrap() {}

//對數據進行封包，然后發送
void TcpDataWrap::sendPackData(int sockfd, CMD_TYPE_T cmd, char* buf, int bufLen)
{
	Packet pack;
	size_t headSize = sizeof(pack.length);
	size_t cmdSize = sizeof(pack.cmd);
	size_t totalLen = headSize + cmdSize + bufLen;

	pack.length = totalLen - headSize;
	pack.cmd = cmd;
	char* sendBuf = new char[totalLen];
	memset(sendBuf,0,totalLen);
	memcpy(sendBuf, &pack.length, headSize);
	memcpy(sendBuf + headSize, &pack.cmd, cmdSize);
	memcpy(sendBuf + headSize + cmdSize, buf, bufLen);

	send(sockfd, sendBuf, totalLen,0);	//發送數據
	delete[] sendBuf;
}

//收到得數據存儲在recvbuf中，並返回recvBuf的大小
size_t TcpDataWrap::recvUnpackData (int sockfd ,char*& recvBuf)
{
	size_t byteRead=0;
	size_t headSize = 0;
	while (byteRead <sizeof(size_t))
	{
		byteRead = recv(sockfd, &headSize, sizeof(size_t), MSG_PEEK);	//查看數據長度是否滿足包頭的大小要求
	}
	recv(sockfd, &headSize, sizeof(size_t), 0);
	
	recvBuf = new char[headSize];
	char* pData = recvBuf;
	
	size_t byteLeft = headSize;

	while (byteLeft>0)
	{
		byteRead = recv(sockfd, pData, byteLeft, 0);
		byteLeft -= byteRead;
		pData += byteRead;
	}
	return headSize;
}

Qt版

頭文件tcpwrap.h

#ifndef TCPWRAP_H
#define TCPWRAP_H

#include <memory>
#include <string.h>
#include <QTcpSocket>

//字節對齊
#pragma pack(push,1)

typedef struct
{
    size_t length;
    int cmd;
}Packet;

#pragma pack(pop)


class TcpDataWrap : public QObject
{
public:
    TcpDataWrap();
public:
    void sendPackData(QTcpSocket* sockfd, CMD_TYPE_T cmd, char* buf, size_t bufLen);
    size_t recvUnpackData (QTcpSocket* sockfd, char*& buf);
};

#endif // TCPWRAP_H

#include "tcpwrap.h"
#include <QTcpSocket>

TcpDataWrap::TcpDataWrap(){}

//對數據進行封包，然后發送
void TcpDataWrap::sendPackData(QTcpSocket* sockfd, CMD_TYPE_T cmd, char* buf, size_t bufLen)
{
    Packet pack;
    size_t headSize = sizeof (pack.length); //頭為8字節
    size_t cmdSize = sizeof(pack.cmd);  //操作位4字節
    size_t totalLen = headSize + cmdSize + bufLen;
    pack.length = totalLen - headSize;
    pack.cmd = cmd;

    char* sendBuf = new char[totalLen];  //要發送的緩沖區
    memset(sendBuf,0,totalLen);
    memcpy(sendBuf,&pack.length,headSize);
    memcpy(sendBuf+headSize,&pack.cmd,cmdSize);
    memcpy(sendBuf+headSize+cmdSize, buf, bufLen);
    sockfd->write(sendBuf,totalLen);
    delete [] sendBuf;
}

size_t TcpDataWrap::recvUnpackData (QTcpSocket* sockfd, char*& recvBuf)
{
    size_t byteRead = 0;
    size_t headSize = 0;
    while (byteRead<sizeof (size_t))
    {
        byteRead=sockfd->bytesAvailable();
    }
    sockfd->read((char*)&headSize,sizeof (size_t));
    recvBuf = new char[headSize];
    char* pData = recvBuf;
    size_t byteLeft = headSize;
    while (byteLeft>0)
    {
        byteRead=sockfd->read(pData,byteLeft);
        byteLeft -= byteRead;
        pData += byteRead;
    }
    return  headSize;
}