1. 概述

無論是服務端還是客戶端，我們讀取或者發送消息的時候，都需要考慮TCP底層的粘包和拆包機制。下面我們來通過Netty來詳解TCP底層的粘包和拆包機制。

2. TCP底層的粘包和拆包機制

TCP是一個“流”協議，所謂流，就是沒有界限的一串數據。大家可以想想河里的水流，它們是連城有一片的，期間沒有界限。TCP底層并不了解上層業務數據的具體含義，他會根據TCP緩沖區的實際情況進行包的劃分，所以在業務上認為，一個完整的包可能會被TCP拆分成多個包進行發送，也有可能把多個小的包封裝成一個大的的數據包進行發送，這就是所謂的TCP的粘包和拆包機制。

2.1 TCP粘包和拆包問題說明

假設客戶端分別發送了兩個數據包D1 和D2給服務商廈 ，由于服務端一次讀取到的字節數是不確定的，故可能存在4種情況：

服務端分兩次讀取到了兩個獨立的數據包，分別是D1 和 D2，沒有粘包和拆包

服務端一次接收到了兩個數據包，D1和D2粘合在一起，被稱為TCP粘包

服務端分兩次讀取到了兩個數據包，第一次讀取到了完整的D1包和D2包的部分內容，第二次讀取到了D2包的剩余內容，這稱為TCP拆包

服務端分兩次讀取到了兩個數據包，第一次讀取到了D1包的部分內容D1_1，第二次讀取到了D1包的剩余內容D1_2和D2包的整包。

如果此時服務端TCP接收滑窗非常小，而數據包D1和D2比較大，很可能會發生第5種可能，即服務端分多次才能將D1和D2包接收完全，期間發生多次拆包

2.2 TCP粘包/拆包發生的原因

問題產生的原因有三個，分別如下：

應用程序write寫入的字節大小大于套接口發送緩沖區大小

0進行MSS大小的TCP分段

以太網幀的payload大于MTU進行IP分片

• MSS:TCP傳輸層（傳輸幀）最大報文段長度。Maxitum Segment Size最大分段大小。為了達到最佳的傳輸效能TCP協議在建立連接的時候通常要協商雙方的MSS值，這個值TCP協議在實現的時候往往用MTU值代替，值往往為1460.IPV6中通常是1440
• MTU：Maxitum Transmission Unit最大傳輸單元。這個最大傳輸單元實際上和鏈路層協議有著密切的關系，EthernetII 幀的結構DMAC+SMAC+Type+Data+CRC。由于以太網傳輸限制，每個以太網幀都有最小的大小64bytes，最大不能超過1518bytes,對于小于或大于這個限制的以太網幀我們都可以視之為錯誤的數據幀，一般的以太網轉發設備會丟棄這些數據幀。

2.3 粘包問題的解決策略

底層的TCP無法理解上層的業務數據，需要在上層的應用協議棧調來來解決。

消息定義，例如每個報文的長度大小固定200字節，如果不夠，空格補空位。

在包尾增加回車換行符，如FTP協議

將消息分成消息頭和消息體，消息頭中包含表示消息總長度（或者消息體長度）的字段，通常設計思路為消息頭的第一個字段使用int32來表示消息的總長度

更復雜的應用層協議

3. Netty提供半包解碼器來解決TCP粘包/拆包問題

3.1 LineBasedFrameDecoder

LineBasedFrameDecoder 是依次遍歷ByteBuf中的可讀字節，判斷看是否有\n 或 \r\n，如果有，就以此位置為結束位置，以換行符為結束標志的解碼器。它支持攜帶結束符或者不攜帶結束符兩種解碼方式，同時支持配置單行的最大長度。如果連續讀取到最大長度后仍然沒有發現換行符，就會拋出異常，同時忽略掉之前讀到的異常碼流。

StringDecoder的功能非常簡單，就是將接受到的對象轉換成字符串，然后繼續調用后面的Handler。LineBasedFrameDecoder+StringDecoder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。

在ChannelInitializer類中添加LineBasedFrameDecoder+StringDecoder

EventLoopGroup group=new NioEventLoopGroup();try{Bootstrap b=new Bootstrap();//Channel需要設置為NioSocketChannel，然后為其添加Handlerb.group(group).channel(NioSocketChannel.class).option(ChannelOption.TCP_NODELAY,true).handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>(){//為了簡單直接創建匿名內部類，實現initChannel方法//其作用是當創建NioSocketChannel成功之后，在進行初始化時，//將它的ChannelHandler設置到ChannelPipeline中，用于處理網絡I/O事件@Overridepublic void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception{ch.pipeline().addLast(new LineBasedFrameDecoder(1024));ch.pipeline().addLast(new StringDecoder());ch.pipeline().addLast(new TimeClientHandler());}});//發起異步連接，然后調用同步方法等待連接成功ChannelFuture f=b.connect(host,port).sync();//當客戶端連接關閉之后，客戶端主函數退出，退出前釋放NIO線程組的資源f.channel().closeFuture().sync();}finally{}

TimeServerHandler.java 關鍵代碼

@Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)throws Exception {System.out.println("channelRead start");ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;byte[] req = new byte[buf.readableBytes()];buf.readBytes(req);String body = new String(req, "UTF-8");System.out.println("The time server receive order : " + body);String currentTime = "QUERY TIME ORDER".equalsIgnoreCase(body) ? new java.util.Date(System.currentTimeMillis()).toString() : "BAD ORDER";ByteBuf resp = Unpooled.copiedBuffer(currentTime.getBytes());ctx.write(resp);System.out.println("channelRead end");}@Overridepublic void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {System.out.println("channelReadComplete start");ctx.flush();System.out.println("channelReadComplete end");}

TimeClientHandler.java 關鍵代碼

/*** Creates a client-side handler.*/public TimeClientHandler() {req = ("QUERY TIME ORDER" + System.getProperty("line.separator")).getBytes();}@Overridepublic void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {ByteBuf message = null;for (int i = 0; i < 100; i++) {message = Unpooled.buffer(req.length);message.writeBytes(req);ctx.writeAndFlush(message);}}@Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)throws Exception {String body = (String) msg;System.out.println("Now is : " + body + " ; the counter is : "+ ++counter);}@Overridepublic void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {// 釋放資源logger.warning("Unexpected exception from downstream : "+ cause.getMessage());ctx.close();}

3.2 DelimiterBasedFrameDecoder

以分隔符作為碼流結束標識的消息的解碼。示例：Echo服務，以$_作為分隔符。

EchoServer.java關鍵代碼

@Override public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception{//創建分隔符緩沖對象ByteBuf，以$_為分隔符ByteBuf delimiter=Unpooled.copiedBuffer("$_".getBytes());//1024表示單條消息的最大長度，當達到該長度后仍然沒有查找到分隔符//就拋出TooLongFrameException異常//第二個參數是分隔符緩沖對象new DelimiterBasedFrameDecoder(1024,delimiter)); //后續的ChannelHandler接收到的msg對象將會是完整的消息包ch.pipeline().addLast(new StringDecoder()); //將ByteBuf解碼成字符串對象 ch.pipeline().addLast(new EchoServerHandler()); //接收到的msg消息就是解碼后的字符串對象 }

DelimiterBasedFrameDecoder 有多個構造方法，這里我們傳遞兩個參數：第一個1024表示單條最大長度，當達到該長度之后仍然沒有找到分隔符，就拋出TooLongFrameException異常，防止由于異常流缺失分隔符導致的內存溢出，這就是Netty解碼器的可靠性保證。第二個參數就是分隔符緩沖對象。

EchoServerHandler.java 關鍵代碼

@Override public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx,Object msg) throws Exception{String body=(String)msg;System.out.println("This is " + ++counter + " times receive client : [" + body + "]");body+="$_"; //$_已被過濾掉了，所以這里要拼接上ByteBuf echo = Unpooled.copiedBuffer(body.getBytes());ctx.writeAndFlush(echo); }

由于DelimiterBasedFrameDecoder自動對請求消息進行了編碼，后續的ChannelHandler接受到的msg對象就是個完整的消息包；第二個ChannelHandler是StringDecoder，它將ByteBuffer解碼成字符串對象；第三個EchoServerHandler接受到的msg消息就是解碼后的字符串對象。

EchoClient.java 關鍵代碼

@Override public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx,Object msg) throws Exception{String body=(String)msg;System.out.println("This is " + ++counter + " times receive client : [" + body + "]");body+="$_"; //$_已被過濾掉了，所以這里要拼接上ByteBuf echo = Unpooled.copiedBuffer(body.getBytes());ctx.writeAndFlush(echo); }

EchoClientHandler.java 關鍵代碼

@Override public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx){for(int i=0;i<10;i++){ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer(ECHOREQ.getBytes()));} }

3.3 FixedLengthFrameDecoder

FixedLengthFrameDecoder是固定長度解碼器，它能夠按照指定的長度對消息進行自動解碼，按照指定的長度對消息進行自動解碼，開發者不需要考慮TCP的粘包/拆包問題。

EchoServer.java 關鍵代碼

@Override public void initChannel (SocketChannel ch) throws Exception{ch.pipeline().addLast(new FixedLengthFrameDecoder(20));ch.pipeline().addLast(new StringDecoder());ch.pipeline().addLast(new EchoServerHandler())); }

在服務端的ChannelPipeline中新增FixedLengthFrameDecoder，長度設置為20，然后再依次增加字符串解碼器和EchoHandler。

EchoServerHandler.java 關鍵代碼

@Override public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx,Object msg) throws Exception{System.out.println("Receive client : [" + msg + "]"); }

利用FixedLengthFrameDecoder解碼器，無論一次接收到多少數據報，他都會按照構造函數中設置的固定長度間解碼，如果是半包消息，FixedLengthFrameDecoder會緩存半包消息并等待下一個包到達后進行拼包，直到讀取到一個完整的包。

4. 總結

DelimiterBasedFrameDecoder 用于對使用分隔符結尾的消息間自動解碼，FixedLengthFrameDecoder用于對固定長度的消息進行自動解碼。有了上述兩種解碼器，再結合其他的解碼器，如字符串解碼器等，可以輕松完成對很多消息的自動解碼，而且不需要考慮TCP粘包和拆包問題。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Netty详解（五）：Netty TCP粘包 拆包的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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