详解啥是 TCP 粘包和拆包现象并演示 Netty 是如何解决的

Posted 2023-03-30

参考技术A 本文介绍什么是 TCP 粘包和拆包现象，并通过 Netty 编写详细的案例来重现 TCP 粘包问题，最后再通过一个 Netty 的 demo 来解决这个问题。具体内容如下

TCP 编程底层都有粘包和拆包机制，因为我们在C/S这种传输模型下，以TCP协议传输的时候，在网络中的byte其实就像是河水，TCP就像一个搬运工,将这流水从一端转送到另一端，这时又分两种情况：

下面通过 Netty 重现 TCP 粘包和拆包现象。

其中关键的代码如下

从上面的案例可以发现当出现 TCP 粘包和拆包现象后会出现下面的问题：

由于 TCP 粘包和拆包现象会导致不能正确区分数据的头尾，那么解决的办法也挺简单的，通过 特殊字符串 来分隔消息体或者使用 定长消息 就能够正确区分数据的头尾。

目前的主流解决方式有以下几种：

Netty 中也提供了基于分隔符实现的半包解码器和定长的半包解码器：

使用 DelimiterBasedFrameDecoder 可以确保收到的数据会自动通过 自定义的分隔符 进行分隔。发送的时候消息的后面只需要增加上 自定义的分隔符 即可。

粘包和拆包

写在前面

粘包、拆包是 Socket 编程中最常遇见的一个问题，本文只对粘包、拆包现象及发生的原因做简要分析，具体如何解决粘包和拆包的问题，在后续文章中会详细介绍。

什么是粘包、拆包

TCP 是个"流"协议，所谓流，就是没有界限的一串数据（无论你上层是如何封装的数据，到通信层都会转换成“流”的形式，比如 Netty 的 ByteBuf），它会根据 TCP 缓冲区的实际情况进行包的划分，所以实际场景可能是：

对于发送端而言：

• 当 TCP 发送缓冲区剩余空间不足时，一个完整的包可能会被拆分为多个包进行发送，即可能发生拆包情况。

• 当 TCP 发送缓冲区剩余空间足够时，多个小的包也有可能被封装成一个大的包进行发送，即可能发生粘包情况。

粘包、拆包产生的原因

上面我们详细了解了 TCP 粘包与拆包，那么为什么会发生粘包和拆包呢，大致上有三个方面的原因：

1. 即上文描述的那种情况。

2. Nagle 算法，TCP 默认开启 Nagle 算法，Nagle 算法主要做两件事情：只有上一个分组得到确认，才发送下一个分组，收集多个小分组，在一个确认到来时一起发送，Nagle 算法可能造成发送方粘包。

3. 进行 MSS 大小的 TCP，MSS 是最大报文段长度的缩写，是 TCP 报文段中的 数据字段 最大长度，MSS = TCP 报文段长度 - TCP 首部长度。

4. 以太网的 Payload 大于 MTU，进行 IP 分片，MTU 是最大传输单元的缩写，以太网的 MTU 为 1500 字节。

拆包和粘包是相对的，一端粘了包，另外一端就需要将粘过的包拆开

如何处理 TCP 粘包和 TCP 拆包问题？

无论是 TCP 拆包还是 TCP 粘包本质问题都在于无法区分包的边界，一般有三种区分包边界的方式：

1. 消息数据固定长度，实际应用中基本不可能做到，即时做到了，也是很浪费存储和网络资源。

2. 使用分割符来区分包的界限

3. 数据包的头部中增加数据包长度字段

UDP 存在粘包和拆包的问题吗？

TCP 之所以存在拆包和粘包问题，本质就是 TCP 是面向字节流的协议，字节流协议即无边界协议；而像 UDP 是面向报文的，当客户端连续发送多个包，并不会发生粘包现象，每一个包都是独立的，发送的时候也是以一个一个包为单位。

那么问题来了，不会发生粘包，如果应用程序 write 一个大的包，那么到底层进行发送的时候会不会发生拆包呢？

答案是：不会。UDP 协议发送时，用 sendto 函数最大能发送数据的长度为：65535- IP 头(20) - UDP 头(8) ＝ 65507 字节。用 sendto 函数发送数据时，如果发送数据长度大于该值，则函数直接返回错误，不会发生拆包，而 TCP 流协议是会发生拆包的。

sendto 扩展

sendto 是一个计算机函数，指向一指定目的地发送数据，sendto 适用于发送未建立连接的 UDP 数据包 （参数为SOCK_DGRAM）。sendto 发送数据必需注意数据长度不应超过通讯子网的 IP 包最大长度。IP 包最大长度在 WSAStartup() 调用返回的 WSAData 的 iMaxUdpDg 元素中。如果数据太长无法自动通过下层协议，则返回 WSAEMSGSIZE 错误，数据不会被发送。

WSAEMSGSIZE：套接口为 SOCK_DGRAM 类型，且数据报大于 WINDOWS 套接口实现所支持的最大值。

int PASCAL FAR sendto(SOCKET s, const char FAR* buf, int len, int flags, const struct sockaddr FAR* to, int tolen);

s：一个标识套接口的描述字

buf：含待发送数据的缓冲区

len：buf 缓冲区中数据的长度

flags：调用方式标志位

to：（可选）指针，指向目的套接口的地址

tolen：to 所指地址的长度

总结

到这里关于 TCP 粘包和拆包是什么，产生的原因是什么，以及 UDP 是否也会发生粘包和拆包的问题做了简要分析。这只是关于 TCP 粘包和拆包问题的第一篇文章，后面会详细分析常用的解决方案，以及市面上常用通信框架的解决方案是什么。

参考

• https://blog.csdn.net/ce123_zhouwei/article/details/8976006

• https://www.cnblogs.com/yinbiao/p/11015039.html

• https://www.cnblogs.com/xrq730/p/8724391.html

• https://blog.csdn.net/jinxinliu1/article/details/80609272

• https://www.cnblogs.com/tsecer/p/10485979.html

• http://blog.sina.com.cn/s/blog_4171e80d01000atd.html

• https://blog.csdn.net/stpeace/article/details/74012556