Netty拆粘包问题

    TCP 协议传输的过程：

　

 　 发送端的字节流都会先传入缓冲区，再通过网络传入到接收端的缓冲区中，最终由接收端获取。发送两个完整包到接收端的时候：

 　　以下情况：

 　　由发送的两个报文组成的，对于应用程序来说就很难处理了（这样称为粘包）。原因：

　　 应用层：接收方 ByteBuf 设置太大（Netty 默认 1024）

　　 传输层：滑动窗口：假设发送方 256 bytes 表示一个完整报文，但由于接收方处理不及时且窗口大小足够大（大于256 bytes），这 256 bytes 字节就会缓冲在接收方的滑动窗口中，当滑动窗口中缓冲了多个报文就会粘包

 　　里面的内容却是互相包含，对于应用来说依然无法解析（半包）。原因：

　　 应用层：接收方 ByteBuf 小于实际发送数据量

　　 传输层：假设接收方的窗口只剩了 128 bytes，发送方的报文大小是 256 bytes，这时接收方窗口中无法容纳发送方的全部报文，发送方只能先发送前 128 bytes，等待 ack 后才能发送剩余部分，这就造成了半包

        数据链路层：当发送的数据超过 MSS 限制后，会将数据切分发送，就会造成半包

本质

　　发生粘包与半包现象的本质是因为 TCP 是流式协议，消息无边界

解决方案

• 行解码器

　　通过分隔符对数据进行拆分来解决粘包半包问题，通过LineBasedFrameDecoder(int maxLength)来拆分以换行符(\n)为分隔符的数据，也可以通过DelimiterBasedFrameDecoder(int maxFrameLength, ByteBuf... delimiters)来指定通过什么分隔符来拆分数据（可以传入多个分隔符）

两种解码器都需要传入数据的最大长度，若超出最大长度，会抛出TooLongFrameException异常

// 通过行解码器对粘包数据进行拆分，以 \n 为分隔符
// 需要指定最大长度
ch.pipeline().addLast(new DelimiterBasedFrameDecoder(64));
ch.pipeline().addLast(new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG));

        客户端代码

// 约定最大长度为 64
final int maxLength = 64;
// 被发送的数据
char c = 'a';
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    ByteBuf buffer = ctx.alloc().buffer(maxLength);
    // 生成长度为0~62的数据
    Random random = new Random();
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    for (int j = 0; j < (int)(random.nextInt(maxLength-2)); j++) {
        sb.append(c);
    }
    // 数据以 \n 结尾
    sb.append("\n");
    buffer.writeBytes(sb.toString().getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
    c++;
    // 将数据发送给服务器
    ctx.writeAndFlush(buffer);
}

       运行结果

4184 [nioEventLoopGroup-3-1] DEBUG io.netty.handler.logging.LoggingHandler  - [id: 0x9d6ac701, L:/127.0.0.1:8080 - R:/127.0.0.1:58282] READ: 10B
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 61 61 61 61 61 61 61 61 61 61                   |aaaaaaaaaa      |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+

4184 [nioEventLoopGroup-3-1] DEBUG io.netty.handler.logging.LoggingHandler  - [id: 0x9d6ac701, L:/127.0.0.1:8080 - R:/127.0.0.1:58282] READ: 11B
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 62 62 62 62 62 62 62 62 62 62 62                |bbbbbbbbbbb     |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+

4184 [nioEventLoopGroup-3-1] DEBUG io.netty.handler.logging.LoggingHandler  - [id: 0x9d6ac701, L:/127.0.0.1:8080 - R:/127.0.0.1:58282] READ: 2B
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 63 63                                           |cc              |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+

       以自定义分隔符 \c 为分隔符

       客户端代码

// 数据以 \c 结尾
sb.append("\\c");
buffer.writeBytes(sb.toString().getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

      服务器代码

// 将分隔符放入ByteBuf中
ByteBuf bufSet = ch.alloc().buffer().writeBytes("\\c".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
// 通过行解码器对粘包数据进行拆分，以 \c 为分隔符
ch.pipeline().addLast(new DelimiterBasedFrameDecoder(64, ch.alloc().buffer().writeBytes(bufSet)));
ch.pipeline().addLast(new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG));

      运行结果

8246 [nioEventLoopGroup-3-1] DEBUG io.netty.handler.logging.LoggingHandler  - [id: 0x86215ccd, L:/127.0.0.1:8080 - R:/127.0.0.1:65159] READ: 14B
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 61 61 61 61 61 61 61 61 61 61 61 61 61 61       |aaaaaaaaaaaaaa  |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+


8247 [nioEventLoopGroup-3-1] DEBUG io.netty.handler.logging.LoggingHandler  - [id: 0x86215ccd, L:/127.0.0.1:8080 - R:/127.0.0.1:65159] READ: 3B
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 62 62 62                                        |bbb             |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+

• 定长解码

　　客户端于服务器约定一个最大长度，保证客户端每次发送的数据长度都不会大于该长度。若发送数据长度不足则需要补齐至该长度，服务器接收数据时，将接收到的数据按照约定的最大长度进行拆分，即使发送过程中产生了粘包，也可以通过定长解码器将数据正确地进行拆分。服务端需要用到FixedLengthFrameDecoder对数据进行定长解码

// 通过定长解码器对粘包数据进行拆分
ch.pipeline().addLast(new FixedLengthFrameDecoder(16));
ch.pipeline().addLast(new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG));

       客户端发送数据的代码如下

// 约定最大长度为16
final int maxLength = 16;
// 被发送的数据
char c = 'a';
// 向服务器发送10个报文
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    ByteBuf buffer = ctx.alloc().buffer(maxLength);
    // 定长byte数组，未使用部分会以0进行填充
    byte[] bytes = new byte[maxLength];
    // 生成长度为0~15的数据
    for (int j = 0; j < (int)(Math.random()*(maxLength-1)); j++) {
        bytes[j] = (byte) c;
    }
    buffer.writeBytes(bytes);
    c++;
    // 将数据发送给服务器
    ctx.writeAndFlush(buffer);
}

       结果

8222 [nioEventLoopGroup-3-1] DEBUG io.netty.handler.logging.LoggingHandler  - [id: 0xbc122d07, L:/127.0.0.1:8080 - R:/127.0.0.1:52954] READ: 16B
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 61 61 61 61 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |aaaa............|
+--------+-------------------------------------------------+----------------+

8222 [nioEventLoopGroup-3-1] DEBUG io.netty.handler.logging.LoggingHandler  - [id: 0xbc122d07, L:/127.0.0.1:8080 - R:/127.0.0.1:52954] READ: 16B
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 62 62 62 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |bbb.............|
+--------+-------------------------------------------------+----------------+


8222 [nioEventLoopGroup-3-1] DEBUG io.netty.handler.logging.LoggingHandler  - [id: 0xbc122d07, L:/127.0.0.1:8080 - R:/127.0.0.1:52954] READ: 16B
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 63 63 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |cc..............|
+--------+-------------------------------------------------+----------------+

• 长度字段解码器

　　LengthFieldBasedFrameDecoder解码器可以提供更为丰富的拆分方法，其构造方法有五个参数

public LengthFieldBasedFrameDecoder(
    int maxFrameLength,     // 数据最大长度
    int lengthFieldOffset,  // 数据长度标识的起始偏移量
    int lengthFieldLength,  // 数据长度标识所占字节数
    int lengthAdjustment,   //长度表示与有用数据的偏移量
　  int initialBytesToStrip) // 数据读取起点

　　参数图解：

lengthFieldOffset   = 0
lengthFieldLength   = 2
lengthAdjustment    = 0
initialBytesToStrip = 0 (= do not strip header)
  
BEFORE DECODE (14 bytes)         AFTER DECODE (14 bytes)
+--------+----------------+      +--------+----------------+
| Length | Actual Content |----->| Length | Actual Content |
| 0x000C | "HELLO, WORLD" |      | 0x000C | "HELLO, WORLD" |
+--------+----------------+      +--------+----------------+

　　0x000C 即为后面 HELLO, WORLD的长度

lengthFieldOffset   = 0
lengthFieldLength   = 2
lengthAdjustment    = 0
initialBytesToStrip = 2 (= the length of the Length field)
  
BEFORE DECODE (14 bytes)         AFTER DECODE (12 bytes)
+--------+----------------+      +----------------+
| Length | Actual Content |----->| Actual Content |
| 0x000C | "HELLO, WORLD" |      | "HELLO, WORLD" |
+--------+----------------+      +----------------+

　    从0开始即为长度标识，长度标识长度为2个字节，读取时从第二个字节开始读取（此处即跳过长度标识），因为跳过了用于表示长度的2个字节，所以此处直接读取HELLO, WORLD

lengthFieldOffset   = 2 (= the length of Header 1)
lengthFieldLength   = 3
lengthAdjustment    = 0
initialBytesToStrip = 0
  
BEFORE DECODE (17 bytes)                      AFTER DECODE (17 bytes)
+----------+----------+----------------+      +----------+----------+----------------+
| Header 1 |  Length  | Actual Content |----->| Header 1 |  Length  | Actual Content |
|  0xCAFE  | 0x00000C | "HELLO, WORLD" |      |  0xCAFE  | 0x00000C | "HELLO, WORLD" |
+----------+----------+----------------+      +----------+----------+----------------+

　　长度标识前面还有2个字节的其他内容（0xCAFE），第三个字节开始才是长度标识，长度表示长度为3个字节(0x00000C)

　　Header1中有附加信息，读取长度标识时需要跳过这些附加信息来获取长度

lengthFieldOffset   = 0
lengthFieldLength   = 3
lengthAdjustment    = 2 (= the length of Header 1)
initialBytesToStrip = 0
  
BEFORE DECODE (17 bytes)                      AFTER DECODE (17 bytes)
+----------+----------+----------------+      +----------+----------+----------------+
|  Length  | Header 1 | Actual Content |----->|  Length  | Header 1 | Actual Content |
| 0x00000C |  0xCAFE  | "HELLO, WORLD" |      | 0x00000C |  0xCAFE  | "HELLO, WORLD" |
+----------+----------+----------------+      +----------+----------+----------------+

　　从0开始即为长度标识，长度标识长度为3个字节，长度标识之后还有2个字节的其他内容（0xCAFE）,长度标识(0x00000C)表示的是从其后lengthAdjustment（2个字节）开始的数据的长度，即HELLO, WORLD，不包括0xCAFE

 Protobuf粘包拆包处理

//拆包解码
.addLast(new ProtobufVarint32FrameDecoder())
.addLast(new ProtobufVarint32LengthFieldPrepender())

　　简单理解为是在消息体中加了一个 32 位长度的整形字段，用于表明当前消息长度。