前言：demo演示

首先，我們來看個demo

image.png

1、EchoServer

public class EchoServer {

    private final int port;

    public EchoServer(int port) {
        this.port = port;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        EchoServer echoServer = new EchoServer(9999);
        System.out.println("服務(wù)器即將啟動");
        echoServer.start();
        System.out.println("服務(wù)器關(guān)閉");
    }

    public void start() throws InterruptedException {
        final EchoServerHandler serverHandler = new EchoServerHandler();
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();/*線程組*/
        try {
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();/*服務(wù)端啟動必須*/
            b.group(group)/*將線程組傳入*/
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)/*指定使用NIO進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸*/
                    .localAddress(new InetSocketAddress(port))/*指定服務(wù)器監(jiān)聽端口*/
                    /*服務(wù)端每接收到一個連接請求，就會新啟一個socket通信，也就是channel，
                    所以下面這段代碼的作用就是為這個子channel增加handle*/
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            ch.pipeline().addLast(serverHandler);/*添加到該子channel的pipeline的尾部*/
                        }
                    });
            ChannelFuture f = b.bind().sync();/*異步綁定到服務(wù)器，sync()會阻塞直到完成*/
            System.out.println("服務(wù)器啟動完成，等待客戶端的連接和數(shù)據(jù).....");
            f.channel().closeFuture().sync();/*阻塞直到服務(wù)器的channel關(guān)閉*/
        } finally {
            group.shutdownGracefully().sync();/*優(yōu)雅關(guān)閉線程組*/
        }
    }

}

2、EchoServerHandler

@ChannelHandler.Sharable
public class EchoServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    private AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);

    /*** 服務(wù)端讀取到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)后的處理*/
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        ByteBuf in = (ByteBuf) msg;
        String request = in.toString(CharsetUtil.UTF_8);
        System.out.println("Server Accept[" + request
                + "] and the counter is:" + counter.incrementAndGet());
        String resp = "Hello," + request + ". Welcome to Netty World!"
                + System.getProperty("line.separator");
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer(resp.getBytes()));

    }

    /*** 發(fā)生異常后的處理*/
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

使用netty實現(xiàn)了個服務(wù)端，當(dāng)接收到客戶端的消息是，打印出來請求的內(nèi)容，并統(tǒng)計接收請求的次數(shù)。

3、EchoClient

public class EchoClient {

    private final int port;
    private final String host;

    public EchoClient(int port, String host) {
        this.port = port;
        this.host = host;
    }

    public void start() throws InterruptedException {
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();/*線程組*/
        try {
            final Bootstrap b = new Bootstrap();
            /*客戶端啟動必須*/
            b.group(group)/*將線程組傳入*/
                    .channel(NioSocketChannel.class)/*指定使用NIO進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸*/
                    .remoteAddress(new InetSocketAddress(host, port))/*配置要連接服務(wù)器的ip地址和端口*/
                    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            ch.pipeline().addLast(new EchoClientHandler());
                        }
                    });
            ChannelFuture f = b.connect().sync();
            f.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            group.shutdownGracefully().sync();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new EchoClient(9999, "127.0.0.1").start();
    }
}

4、EchoClientHandler

import io.netty.buffer.ByteBuf;

import io.netty.buffer.Unpooled;

import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;

import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;

import io.netty.util.CharsetUtil;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class EchoClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf> {

    private AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);

    /*** 客戶端讀取到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)后的處理*/
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg) throws Exception {
        System.out.println("client Accept[" + msg.toString(CharsetUtil.UTF_8)
                + "] and the counter is:" + counter.incrementAndGet());
    }

    /*** 客戶端被通知channel活躍后，做事*/
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ByteBuf msg = null;
        String request = "test1,test2,test3,test4"
                + System.getProperty("line.separator");
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            msg = Unpooled.buffer(request.length());
            msg.writeBytes(request.getBytes());
            ctx.writeAndFlush(msg);
        }
    }

    /*** 發(fā)生異常后的處理*/
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

使用netty實現(xiàn)了個客戶端，鏈接建立完成之后向服務(wù)端發(fā)送消息。循環(huán)100次。并且打印服務(wù)端返回的消息。并統(tǒng)計返回次數(shù)。

執(zhí)行結(jié)果

服務(wù)端輸出

image

客戶端打印

image

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，我們客戶單發(fā)送了100次數(shù)據(jù)，但實際上只接收了30次。而且每次消息發(fā)送的是test1,test2,test3,test4,test5，但實際接受的卻有很多相鏈接起來的。這是為什么呢？為什么不是100次test1,test2,test3,test4,test5呢？這就是TCP傳輸?shù)恼嘲?半包問題。

一、什么是TCP粘包半包？

image

假設(shè)客戶端分別發(fā)送了兩個數(shù)據(jù)包D1和D2給服務(wù)端，由于服務(wù)端一次讀取到的字節(jié)數(shù)是不確定的，故可能存在以下4種情況。

• 服務(wù)端分兩次讀取到了兩個獨立的數(shù)據(jù)包，分別是D1和D2，沒有粘包和拆包；
• 服務(wù)端一次接收到了兩個數(shù)據(jù)包，D1和D2粘合在一起，被稱為TCP粘包；
• 服務(wù)端分兩次讀取到了兩個數(shù)據(jù)包，第一次讀取到了完整的D1包和D2包的部分內(nèi)容，第二次讀取到了D2包的剩余內(nèi)容，這被稱為TCP拆包；
• 服務(wù)端分兩次讀取到了兩個數(shù)據(jù)包，第一次讀取到了D1包的部分內(nèi)容D1_1，第二次讀取到了D1包的剩余內(nèi)容D1_2和D2包的整包。

如果此時服務(wù)端TCP接收滑窗非常小，而數(shù)據(jù)包D1和D2比較大，很有可能會發(fā)生第五種可能，即服務(wù)端分多次才能將D1和D2包接收完全，期間發(fā)生多次拆包。

二、TCP粘包/半包發(fā)生的原因

由于TCP協(xié)議本身的機制（面向連接的可靠地協(xié)議-三次握手機制）客戶端與服務(wù)器會維持一個連接（Channel），數(shù)據(jù)在連接不斷開的情況下，可以持續(xù)不斷地將多個數(shù)據(jù)包發(fā)往服務(wù)器，但是如果發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包太小，那么他本身會啟用Nagle算法（可配置是否啟用）對較小的數(shù)據(jù)包進(jìn)行合并（基于此，TCP的網(wǎng)絡(luò)延遲要UDP的高些）然后再發(fā)送（超時或者包大小足夠）。那么這樣的話，服務(wù)器在接收到消息（數(shù)據(jù)流）的時候就無法區(qū)分哪些數(shù)據(jù)包是客戶端自己分開發(fā)送的，這樣產(chǎn)生了粘包；服務(wù)器在接收到數(shù)據(jù)庫后，放到緩沖區(qū)中，如果消息沒有被及時從緩存區(qū)取走，下次在取數(shù)據(jù)的時候可能就會出現(xiàn)一次取出多個數(shù)據(jù)包的情況，造成粘包現(xiàn)象

UDP：本身作為無連接的不可靠的傳輸協(xié)議（適合頻繁發(fā)送較小的數(shù)據(jù)包），他不會對數(shù)據(jù)包進(jìn)行合并發(fā)送（也就沒有Nagle算法之說了），他直接是一端發(fā)送什么數(shù)據(jù)，直接就發(fā)出去了，既然他不會對數(shù)據(jù)合并，每一個數(shù)據(jù)包都是完整的（數(shù)據(jù)+UDP頭+IP頭等等發(fā)一次數(shù)據(jù)封裝一次）也就沒有粘包一說了。

分包產(chǎn)生的原因就簡單的多：可能是IP分片傳輸導(dǎo)致的，也可能是傳輸過程中丟失部分包導(dǎo)致出現(xiàn)的半包，還有可能就是一個包可能被分成了兩次傳輸，在取數(shù)據(jù)的時候，先取到了一部分（還可能與接收的緩沖區(qū)大小有關(guān)系），總之就是一個數(shù)據(jù)包被分成了多次接收。

更具體的原因有三個，分別如下。

• 應(yīng)用程序?qū)懭霐?shù)據(jù)的字節(jié)大小大于套接字發(fā)送緩沖區(qū)的大小
• 進(jìn)行MSS大小的TCP分段。MSS是最大報文段長度的縮寫。MSS是TCP報文段中的數(shù)據(jù)字段的最大長度。數(shù)據(jù)字段加上TCP首部才等于整個的TCP報文段。所以MSS并不是TCP報文段的最大長度，而是：MSS=TCP報文段長度-TCP首部長
• 以太網(wǎng)的payload大于MTU進(jìn)行IP分片。MTU指：一種通信協(xié)議的某一層上面所能通過的最大數(shù)據(jù)包大小。如果IP層有一個數(shù)據(jù)包要傳，而且數(shù)據(jù)的長度比鏈路層的MTU大，那么IP層就會進(jìn)行分片，把數(shù)據(jù)包分成托干片，讓每一片都不超過MTU。注意，IP分片可以發(fā)生在原始發(fā)送端主機上，也可以發(fā)生在中間路由器上。

三、解決粘包半包問題

由于底層的TCP無法理解上層的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，所以在底層是無法保證數(shù)據(jù)包不被拆分和重組的，這個問題只能通過上層的應(yīng)用協(xié)議棧設(shè)計來解決，根據(jù)業(yè)界的主流協(xié)議的解決方案，可以歸納如下。

1、在包尾增加分割符

在包尾增加分割符，比如回車換行符進(jìn)行分割，例如FTP協(xié)議；

demo如下:

LineBaseEchoServer

public class LineBaseEchoServer {

    public static final int PORT = 9998;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        LineBaseEchoServer lineBaseEchoServer = new LineBaseEchoServer();
        System.out.println("服務(wù)器即將啟動");
        lineBaseEchoServer.start();
    }

    public void start() throws InterruptedException {
        final LineBaseServerHandler serverHandler = new LineBaseServerHandler();
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();/*線程組*/
        try {
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();/*服務(wù)端啟動必須*/
            b.group(group)/*將線程組傳入*/
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)/*指定使用NIO進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸*/
                    .localAddress(new InetSocketAddress(PORT))/*指定服務(wù)器監(jiān)聽端口*/
                    /*服務(wù)端每接收到一個連接請求，就會新啟一個socket通信，也就是channel，
                    所以下面這段代碼的作用就是為這個子channel增加handle*/
                    .childHandler(new ChannelInitializerImp());
            ChannelFuture f = b.bind().sync();/*異步綁定到服務(wù)器，sync()會阻塞直到完成*/
            System.out.println("服務(wù)器啟動完成，等待客戶端的連接和數(shù)據(jù).....");
            f.channel().closeFuture().sync();/*阻塞直到服務(wù)器的channel關(guān)閉*/
        } finally {
            group.shutdownGracefully().sync();/*優(yōu)雅關(guān)閉線程組*/
        }
    }

    private static class ChannelInitializerImp extends ChannelInitializer<Channel> {

        @Override
        protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {
            //添加換行解碼器
            ch.pipeline().addLast(new LineBasedFrameDecoder(1024));
            ch.pipeline().addLast(new LineBaseServerHandler());
        }
    }

}

LineBaseEchoServer

public class LineBaseEchoServer {

    public static final int PORT = 9998;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        LineBaseEchoServer lineBaseEchoServer = new LineBaseEchoServer();
        System.out.println("服務(wù)器即將啟動");
        lineBaseEchoServer.start();
    }

    public void start() throws InterruptedException {
        final LineBaseServerHandler serverHandler = new LineBaseServerHandler();
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();/*線程組*/
        try {
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();/*服務(wù)端啟動必須*/
            b.group(group)/*將線程組傳入*/
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)/*指定使用NIO進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸*/
                    .localAddress(new InetSocketAddress(PORT))/*指定服務(wù)器監(jiān)聽端口*/
                    /*服務(wù)端每接收到一個連接請求，就會新啟一個socket通信，也就是channel，
                    所以下面這段代碼的作用就是為這個子channel增加handle*/
                    .childHandler(new ChannelInitializerImp());
            ChannelFuture f = b.bind().sync();/*異步綁定到服務(wù)器，sync()會阻塞直到完成*/
            System.out.println("服務(wù)器啟動完成，等待客戶端的連接和數(shù)據(jù).....");
            f.channel().closeFuture().sync();/*阻塞直到服務(wù)器的channel關(guān)閉*/
        } finally {
            group.shutdownGracefully().sync();/*優(yōu)雅關(guān)閉線程組*/
        }
    }

    private static class ChannelInitializerImp extends ChannelInitializer<Channel> {

        @Override
        protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {
            //添加換行解碼器
            ch.pipeline().addLast(new LineBasedFrameDecoder(1024));
            ch.pipeline().addLast(new LineBaseServerHandler());
        }
    }

}

LineBaseEchoClient

public class LineBaseEchoClient {

    private final String host;

    public LineBaseEchoClient(String host) {
        this.host = host;
    }

    public void start() throws InterruptedException {
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();/*線程組*/
        try {
            final Bootstrap b = new Bootstrap();
            b.group(group)/*將線程組傳入*/
                    .channel(NioSocketChannel.class)/*指定使用NIO進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸*/
                    .remoteAddress(new InetSocketAddress(host, LineBaseEchoServer.PORT))/*配置要連接服務(wù)器的ip地址和端口*/
                    .handler(new ChannelInitializerImp());
            ChannelFuture f = b.connect().sync();
            System.out.println("已連接到服務(wù)器.....");
            f.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            group.shutdownGracefully().sync();
        }
    }

    private static class ChannelInitializerImp extends ChannelInitializer<Channel> {

        @Override
        protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {
            //回車符做了分割
            ch.pipeline().addLast(new LineBasedFrameDecoder(1024));
            ch.pipeline().addLast(new LineBaseClientHandler());
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new LineBaseEchoClient("127.0.0.1").start();
    }
}

LineBaseClientHandler

 public class LineBaseClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf> {

    private AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);

    /*** 客戶端讀取到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)后的處理*/
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg) throws Exception {
        System.out.println("client Accept[" + msg.toString(CharsetUtil.UTF_8)
                + "] and the counter is:" + counter.incrementAndGet());
        ctx.close();
    }

    /*** 客戶端被通知channel活躍后，做事*/
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ByteBuf msg = null;
        String request = "test1,test2,test3,test4,test5"
                + System.getProperty("line.separator");
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Thread.sleep(500);
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + ":即將發(fā)送數(shù)據(jù)："
                    + request);
            msg = Unpooled.buffer(request.length());
            msg.writeBytes(request.getBytes());
            ctx.writeAndFlush(msg);
        }
    }

    /*** 發(fā)生異常后的處理*/
    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

執(zhí)行效果

image

2、消息定長

例如每個報文的大小為固定長度200字節(jié)，如果不夠，空位補空格；

服務(wù)端只需將服務(wù)端的ChannelInitializerImp 解碼器new LineBasedFrameDecoder(1024)替換為new FixedLengthFrameDecoder( FixedLengthEchoClient.REQUEST.length()）即可。

 private static class ChannelInitializerImp extends ChannelInitializer<Channel> {

        @Override
        protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {
            //添加定長報文長度解碼器，長度問請求的長度
            ch.pipeline().addLast(
                    new FixedLengthFrameDecoder(
                            FixedLengthEchoClient.REQUEST.length()));
            ch.pipeline().addLast(new FixedLengthServerHandler());
        }
    }

3、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（或者消息體長度）的字段，通常設(shè)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。類似與第二條，只是我們按照頭部的content-length長度進(jìn)行定長解碼。