一、前言
這篇博客來分析一下TCP數據傳輸中發生的粘包、拆包問題，我將描述一下這兩種情況的概念，分析它們發生的原因，最后再來談一談解決方式。
二、正文
2.1 什么是粘包、拆包
由於TCP傳輸協議是面向字節流的傳輸協議，沒有消息保護邊界，所以發送方發送的多個數據包，接收方應用層不知如何區分，可能會被當成一個包來處理，這就是粘包；或者，發送方將一個打包分成多個小包發送，而接收方將它們當成多個包進行處理，這就是拆包。看下面這張圖來具體理解一下：
看上面這張圖片，演示了TCP傳輸的四種情況：
- 客戶端向服務器發送了兩個包，兩個數據包之間互不影響，這是正常的，我們不需要管；
- 客戶端向服務器發送了兩個包，但是兩個包被並在了一起，當作一個包發送，這就是發生了粘包現象，服務器可能會將它們當成一個數據包處理；
- 客戶端向服務器發送了兩個包
D1和D2，但是D2的一部分與D1合並在了一起，發生了粘包，而D2另一部分被單獨發送，也就是說D2被拆分成了兩個小包，發生了拆包現象； - 第四種情況和第三種類似，只是順序反了一下，
D1發生了拆包，而D1的后半部分與D2發生了粘包；
2.2 粘包發生的原因
（1）套接字緩沖區
應用層需要發送數據時，假設是基於TCP發送，則會將數據交給TCP套接字。數據被放入套接字發送緩存中，由於各種原因，往往不會立即發送，比如數據來的太快，還來不及發送。這就導致在發送緩存中，可能存在多個不同的數據包的字節並排在一起。當TCP需要發送數據時，會從發送緩存中讀取一段字節，封裝成TCP報文段發送出去，而讀取的這些字節，可能屬於多個數據包。
在接收端，TCP接收到的數據也會被放入套接字的接收緩沖區中，再由應用層進行讀取。但是，應用層可能並不會立即讀取緩沖區中的數據，或者來不及讀取，此時就會造成多個數據包同時在緩沖區中。因為沒有划定邊界，所以應用層也無法將它們拆分開來，而是一同讀取，這就會造成粘包。
（2）Nagle算法
TCP的發送方每次發送報文段，都希望能包含盡量多的字節，這樣可以最大限度的利用網絡帶寬。假設發送方需要要向接收方發送一個字節的數據，經過運輸層和網絡層的封裝后，將會為這一個字節加上40個字節的首部，這是一種非常浪費的情況，而Nagle算法正是為了減少這種情況。
Nagle算法是基本原則就是：在任意時刻，只能有一個未被確認的小段報文。未被確認就是已經發送，但是還沒有接收到ACK的報文段，而小段報文指的是沒有達到網絡最大傳輸單元的報文段。使用Nagle算法時，會盡量地將一些小段湊成一個大段進行發送，而這就導致了粘包現象的發生。
2.3 拆包現象發生的原因
（1）最大報文段長度MSS、最大傳輸單元MTU
MSS表示一個TCP報文段能夠承載數據的最大字節數，而MTU則是網絡傳輸種能夠接受的報文的最大長度。這兩個概念說明網絡傳輸中，每個報文能夠承載的數據是有限的。TCP為了能將數據發送出去，且每個報文中的數據不超過MSS，會將一個大的數據包分為多個小段，為每個段加上首部后逐一發送，而這就造成了拆包。比如說，對於一張圖片，一般都需要拆分成多個段進行發送。
（2）TCP滑動窗口
TCP采用了流水線的傳輸機制，而流水線傳輸中通過維護一個窗口來限制數據的發送，也可以叫做一個區間。只有序號落在窗口中的那些字節，才允許被發送。而窗口是動態變化的，它受到網絡擁塞情況以及接收方緩沖區剩余空間的限制。如果當前要發送的數據包的長度，大於窗口中的剩余空間，那這個數據包就會被拆分，先發送一部分，這樣也就造成了拆包。
2.4 如何解決粘包和拆包
這里需要強調一點，TCP協議可以保證數據完整，並且順序地接收，但是並不幫助區分多個數據，因為它是面向字節流的傳輸協議。也就是說，要解決粘包、拆包問題的是應用層協議，應用層協議對字節進行拆分。
（1）定長協議
定長協議，顧名思義，就是應用層需要發送的每份數據，長度都是固定的。比如說，將數據長度定義為1024字節，所有不滿足1024字節的數據，可以通過補0進行填充。而接收方每次讀取1024字節，就可以正確區分每一份數據。
- 發送方：每次發送固定長度的數據，若數據長度不夠，就使用其他字符填充；
- 接收方：每次讀取固定字節的數據；
不過，稍微想想也知道，這種方式並不好，對數據進行填充，完全就是一種浪費帶寬的行為，而且處理起來也麻煩。
（2）特殊字符分隔
我們可以為每一份數據，添加起始字符和結束字符，這樣就可以區分了。
- 發送方：對數據的開始和結束分別加上相應的標記字符；
- 接收方：根據標記字符，逐個讀取每一份數據；
當然，有時候我們並不確定應該選擇哪個字符作為標記字符，因為不確定這個字符是否原本就在數據中包含。此時我們可以對數據進行轉碼，比如說將數據轉成Base64編碼，而Base64只有64種字符，然后我們就可以使用這64種之外的字符作為標記。
（3）變長協議
這種實現也是比較簡單的，對於應用層的報文，可以將它分為報文頭部以及報文體，而我們可以在報文頭中指定當前報文中數據的長度，這樣，接收方就能根據長度，正確地拆分多個粘在一起的數據了。
- 發送方：將發送的報文分為頭部和實體，在頭部中指明實體中數據的長度；
- 接收方：根據報文頭部中的信息，正確地區分多個數據；
大部分應用層協議應該使用的都是這種方式，比如說HTTP協議，HTTP報文分為頭部（header）以及實體（body），在HTTP協議的首部中，有一個Content-Length首部行，就是指明body中攜帶數據的字節數。
三、總結
最后在強調一遍，TCP可以保證完整，並且按序地接收字節，但是並不會幫忙拆分多個包的字節，真正做這個工作的是應用層的協議，應用層負責解決粘包和拆包。