拆包与粘包是网络编程中必会出现的一个问题。因此，本文先介绍下什么是拆包与粘包，然后通过例子演示这个现象，最后再介绍netty中如何处理拆包与粘包
所谓的拆包就是发送方发送一条数据，接收方分为多次接收了该条数据。比如A发送123456789，B接收到了两条消息12345、6789，而实际上这是一条消息的；粘包就是发送方发送了多条数据，接收方读取数小于发送数。比如A发送123、456、789，B收到了两条消息，1234、56789等
造成拆包与粘包的原因主要有两个层面的，分别为应用层和传输层（tcp协议层面的），本文就不讲述传输层导致的，有兴趣的可以自己看下计算机网络tcp协议相关资料，本文主要分析应用层产生的原因。
在netty中产生这两个现象是因为ByteBuf缓冲区引起的，当ByteBuf的容量比较小时，而socket缓冲区数据又较多，那么ByteBuf就需要多次从socket缓冲区读取数据，导致拆包现象。当ByteBuf的容量比较大时，就可以一次性从socket缓冲区读取数据，导致粘包现象。netty中ByteBuf接收缓冲区的初始值为1024个字节，可以看下这篇文章
下面通过实际的例子来演示下
粘包例子
//客户端
ChannelFuture channelFuture = new Bootstrap()
.group(new NioEventLoopGroup())
.channel(NioSocketChannel.class)
.handler(new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(NioSocketChannel ch) throws Exception {
ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
pipeline.addLast(new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG));
}
})
.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8899));
Channel channel = channelFuture.sync().channel();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
channel.writeAndFlush(ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer().writeByte(i));
}
//服务器端
new ServerBootstrap()
.group(new NioEventLoopGroup(), new NioEventLoopGroup())
.channel(NioServerSocketChannel.class)
.childHandler(new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(NioSocketChannel ch) throws Exception {
ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
pipeline.addLast(new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG));
}
})
.bind(8899);
客户端分10次发送了10条数据，每次发送一个字节。服务端收到的是一条数据，共10个字节，因为ByteBuf有足够的容量将socket缓冲区的数据一次性读取到应用程序中。
拆包例子
为了更好的演示拆包例子，手动将netty的ByteBuf的接收容量改为64个字节，而不是默认的1024个字节。
//服务端
new ServerBootstrap()
.group(new NioEventLoopGroup(), new NioEventLoopGroup())
.channel(NioServerSocketChannel.class)
//这里是修改默认的接收缓冲区初始大小
.childOption(ChannelOption.RCVBUF_ALLOCATOR, new AdaptiveRecvByteBufAllocator(64, 64, 1024))
.childHandler(new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(NioSocketChannel ch) throws Exception {
ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
pipeline.addLast(new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG));
}
})
.bind(8899);
//客户端
ChannelFuture channelFuture = new Bootstrap()
.group(new NioEventLoopGroup())
.channel(NioSocketChannel.class)
.handler(new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(NioSocketChannel ch) throws Exception {
ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
pipeline.addLast(new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG));
}
})
.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8899));
Channel channel = channelFuture.sync().channel();
channel.writeAndFlush(ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer().writeBytes(getContent()));
//获取要发送的内容
private static byte[] getContent() {
byte[] content = new byte[65];
for (int i = 0; i < 65; i++) {
content[i] = (byte)i;
}
return content;
}
这个例子中，客户端一次性发送了65个字节，服务端的接收ByteBuf容量初始值为64个字节，因此需要分两次读取，第一次读取64个字节，第二次读取1个字节，也就是产生了拆包现象。
那么如何处理这两个现象呢，首先就是接收方要知道发送方发送消息的边界，比如说，每条消息的长度多少、消息以什么结尾的等等。当知道了消息边界后，就可以对消息进行解析，获取到完整的一条消息。
netty中提供了4个handler来处理拆包与粘包，分别为LineBasedFrameDecoder、DelimiterBasedFrameDecoder、FixedLengthFrameDecoder、LengthFieldBasedFrameDecoder
下面再介绍这几种handler的使用时，就不分别编写服务端和客户端了，用netty提供的EmbeddedChannel来测试
- LineBasedFrameDecoder：当遇到了换行符，就当做是一条完整的消息。
/**LineBasedFrameDecoder构造参数的意义,1000表示这个handler解析的帧的最大长度
第二个参数表示的是解析出来的消息是否不包含换行分隔符、第三个参数，表示当解析超过最大帧长度时还未遇到换行分隔符，是否要报错
*/
EmbeddedChannel channel = new EmbeddedChannel(new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG), new LineBasedFrameDecoder(1000, false, true),
new ChannelInboundHandlerAdapter(){
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
ByteBuf buf = ((ByteBuf) msg);
String content = buf.toString(StandardCharsets.UTF_8);
System.out.println(content);
}
});
channel.writeInbound(ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer().writeBytes("hello\nworld\nwelcome\n".getBytes(StandardCharsets.UTF_8)));
在这个例子中，channel接收到了这样的一条消息hello\nworld\nwelcome\n，会根据换行符进行消息的解析处理，解析后有3条消息
- DelimiterBasedFrameDecoder：与LineBasedFrameDecoder的基本一样，就是分隔符可以自定义，且可以定义多种分隔符
ByteBuf delimeter1 = Unpooled.buffer().writeBytes("\n".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
ByteBuf delimeter2 = Unpooled.buffer().writeBytes("\r".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
EmbeddedChannel channel = new EmbeddedChannel(new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG), new DelimiterBasedFrameDecoder(10, true, true, delimeter1, delimeter2),
new ChannelInboundHandlerAdapter(){
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
ByteBuf buf = ((ByteBuf) msg);
String content = buf.toString(StandardCharsets.UTF_8);
System.out.println(content);
}
});
channel.writeInbound(ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer().writeBytes("hello\nworld\nwelcome\r".getBytes(StandardCharsets.UTF_8)));
- FixedLengthFrameDecoder：固定长度对消息进行拆分，若消息没有达到这个长度，那么就不是一条完整的消息
//这里每条消息设置的固定长度是5
EmbeddedChannel channel = new EmbeddedChannel(new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG), new FixedLengthFrameDecoder(5),
new ChannelInboundHandlerAdapter(){
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
ByteBuf buf = ((ByteBuf) msg);
String content = buf.toString(StandardCharsets.UTF_8);
System.out.println(content);
}
});
channel.writeInbound(ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer().writeBytes("hello\nworld\nwelcome\r".getBytes(StandardCharsets.UTF_8)));
- LengthFieldBasedFrameDecoder：这个比较复杂一些，会将消息分为两部分，一部分为消息头部，一部分为实际的消息体。其中消息头部是固定长度的，消息体是可变的，且消息头部一般会包含一个Length字段，有的自定义消息协议中Length字段值是指的整条消息的长度，包含头部本身，有的Length字段值指的是消息体实际的长度等等，而LengthFieldBasedFrameDecoder就是用来解析这种消息协议的，构造方法中有以下几个重要参数
lengthFieldOffset： Length字段在帧的起始偏移位置
lengthFieldLength： Length字段占用的字节数
lengthAdjustment： 对Length值的调整数
initialBytesToStrip： 解析后的实际消息需要跳过帧头部的字节数
其中Length值+lengthAdjustment=帧中length字节后面的字节长度，比如看下这个例子
// Length字段值为0x0010=16，表示16字节+lengthAdjustment （-3）= 13，
//表示的是Length占用字节后面的字节长度，也就是HDR2 + Actual Content的实际长度为13个字节。
//initialBytesToStrip=3，表示解析后的实际消息需要跳过帧头部的前3个字节，因此最后得到的消息是HDR2 + Actual Content，
//如果initialBytesToStrip=4，那么最后的实际消息是 Actual Content
lengthFieldOffset = 1
lengthFieldLength = 2
lengthAdjustment = -3 (= the length of HDR1 + LEN, negative)
initialBytesToStrip = 3
BEFORE DECODE (16 bytes) AFTER DECODE (13 bytes)
+------+--------+------+----------------+ +------+----------------+
| HDR1 | Length | HDR2 | Actual Content |----->| HDR2 | Actual Content |
| 0xCA | 0x0010 | 0xFE | "HELLO, WORLD" | | 0xFE | "HELLO, WORLD" |
+------+--------+------+----------------+ +------+----------------+
下面通过实际的代码演示下
EmbeddedChannel channel = new EmbeddedChannel(new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG),
new LengthFieldBasedFrameDecoder(100, 2, 4, -8, 7),
new ChannelInboundHandlerAdapter(){
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
ByteBuf buf = ((ByteBuf) msg);
String content = buf.toString(StandardCharsets.UTF_8);
System.out.println(content);
}
});
channel.writeInbound(ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer().writeBytes(frame()));
/**
* 这个例子中有3个头部 H1、Length、H2以及实际的content hello world
* H1 占用 2个字节
* Length占用4个字节
* H2占用1个字节
* content占用11个字节
* lengthFieldOffset = 2
* lengthFieldLength = 4
* lengthAdjustment = -8
* initialBytesToStrip = 6
*
* @return
*/
private static ByteBuf frame() {
ByteBuf buffer = ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer();
buffer.writeShort(11);
buffer.writeInt(20);
buffer.writeByte(2);
buffer.writeBytes("hello world".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
return buffer;
}
这个程序最终输出的是content，hello world。
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