TCP粘包问题

概念

TCP三大特性：面向连接、可靠传输和基于字节流，第三个特性面向字节流是指TCP协议属于流式协议，内容与内容之间没有明确的分界符号，需要人为去给消息协议定义边界规则，来区分不同的消息。举一个例子

1. 发送端发送了两份数据，在传输层被划分为7个数据包，两份数据各占3.5个数据包，由于是字节流，两份数据的0.5个数据包之间没有边界
2. 接收端接收到数据后，需要通过边界规则将0.5个数据包正确拼接到其他数据包还原两份完整数据

粘包根源

• TCP协议：面向字节流是指TCP协议属于流式协议，内容与内容之间没有明确的分界符号，多个消息可能会被编码到同一个数据包中
• 发送端：Nagle算法会将小数据包积累到一定大小后再进行发送，导致多个小包被合并为一个大包，从而产生粘包现象
• 接收端：当接收端从 TCP 缓冲区中读取数据时，TCP 并不知道数据包的边界，因此接收到的数据可能会包含多个已粘在一起的数据包

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * TCP粘包问题演示 - 服务端
 * 模拟接收多个消息被粘在一起的情况
 */
public class TcpStickyPacketServer {

    private static final int PORT = 8888;

    public static void main(String[] args) {
        try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(PORT)) {
            System.out.println("TCP粘包问题演示服务端启动，端口: " + PORT);
            while (true) {
                Socket clientSocket = serverSocket.accept();
                System.out.println("客户端连接: " + clientSocket.getRemoteSocketAddress());
                // 为每个客户端创建新线程处理
                new Thread(new ClientHandler(clientSocket)).start();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    static class ClientHandler implements Runnable {
        private final Socket clientSocket;
        public ClientHandler(Socket socket) {
            this.clientSocket = socket;
        }
        @Override
        public void run() {
            try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream()) {
                byte[] buffer = new byte[1024];
                int bytesRead;
                while ((bytesRead = inputStream.read(buffer)) != -1) {
                    // 模拟粘包：一次性读取可能包含多个消息
                    String receivedData = new String(buffer, 0, bytesRead);
                    System.out.println("【服务端接收】原始数据长度: " + bytesRead + ", 内容: " + receivedData);
                    // 尝试解析消息（这里会出现粘包问题）
                    parseMessages(receivedData);
                }
            } catch (IOException e) {
                System.out.println("客户端断开连接");
            } finally {
                try {
                    clientSocket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

        /**
         * 有问题的消息解析方法 - 无法正确处理粘包
         */
        private void parseMessages(String data) {
            // 假设每个消息应该是 "Message X" 的格式
            // 但由于粘包，可能收到 "Message 1Message 2Message 3"
            System.out.println("【解析结果】无法正确分割消息: " + data);
            System.out.println("----------------------------------------");
        }
    }
}

解决方案

解决粘包问题的关键就是：定义消息边界，具体有以下方案：

• 固定消息长度：消息长度固定，适合各类消息长度近似的场景，一般不会使用，会造成大量的空间浪费
• 消息分隔符：通过一个特殊符号标识消息的末尾，其不足之处在于，如果消息体本身包含这些分隔符，会导致消息被错误解析，因此需要对分隔符进行转义
• 消息头+消息体：消息的头部添加长度字段，表示消息的总长度，接收端可以先读取长度字段，再根据该长度读取完整的消息。这种方法较为通用且适用于各种长度的消息