场景
在TCP通信的时候，连续多次发送数据，经常会遇到一些“奇怪”的问题，具体代码如下：
服务器端：
//
// ServerSocket.m
// TCP粘包
//
// Created by qinmin on 2017/11/5.
// Copyright © 2017年 qinmin. All rights reserved.
//
#import "ServerSocket.h"
#import <sys/socket.h>
#import <netinet/in.h>
#import <arpa/inet.h>
#define kMAXLINE 4096
@interface ServerSocket()
{
int _socketHandle;
BOOL _isFinish;
NSInteger _serverPort;
}
@end
@implementation ServerSocket
#pragma mark - LiferCycle
- (instancetype)initWithPort:(NSInteger)port
{
if (self = [super init]) {
_isFinish = YES;
_serverPort = port;
}
return self;
}
#pragma mark - PublicMethod
- (void)startServer
{
if (!_isFinish) {
return;
}
_isFinish = NO;
if ([NSThread isMainThread]) {
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
[self createServerSocket];
});
}else {
[self createServerSocket];
}
}
- (void)stopServer
{
if (_isFinish) {
return;
}
_isFinish = YES;
close(_socketHandle);
if (_serverDidStopBlock) {
_serverDidStopBlock();
}
}
#pragma mark - PrivateMethod
- (void)createServerSocket
{
int connnectHandle;
struct sockaddr_in servaddr;
char buff[kMAXLINE];
if ((_socketHandle = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
NSLog(@"socket error %s", strerror(errno));
return;
}
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(_serverPort);
if(bind(_socketHandle, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1) {
NSLog(@"bind error: %s",strerror(errno));
return;
}
if(listen(_socketHandle, 10) == -1) {
NSLog(@"listen error: %s",strerror(errno));
return;
}
if (_serverDidStartBlock) {
_serverDidStartBlock();
}
// 目前只处理一个socket连接
if((connnectHandle = accept(_socketHandle, (struct sockaddr*)NULL, NULL)) == -1) {
NSLog(@"accept socket error: %s",strerror(errno));
return;
}
size_t n;
while (!_isFinish && (n = recv(connnectHandle, buff, kMAXLINE, 0)) > 0) {
buff[n] = '\0';
// NSLog(@"recv msg from client: %s\n", buff);
NSLog(@"recv msg from client length: %ld", n);
}
close(connnectHandle);
}
@end
客户端：
//
// ClientSocket.m
// TCP粘包
//
// Created by qinmin on 2017/11/5.
// Copyright © 2017年 qinmin. All rights reserved.
//
#import "ClientSocket.h"
#import <sys/socket.h>
#import <netinet/in.h>
#import <arpa/inet.h>
#define kMAXLINE 4096
static void* clientSocketSendQueueKey;
static void* clientSocketRecvQueueKey;
@interface ClientSocket()
{
int _sockfd;
NSString *_serverIP;
NSInteger _serverPort;
dispatch_queue_t _clientSocketSendQueue;
dispatch_queue_t _clientSocketRecvQueue;
BOOL _isStop;
}
@end
@implementation ClientSocket
#pragma mark - LiferCycle
- (instancetype)initWithServerIP:(NSString *)IP port:(NSInteger)port
{
if (self = [super init]) {
_serverIP = IP;
_serverPort = port;
_isStop = YES;
_clientSocketSendQueue = dispatch_queue_create("client.socket.send.queue", NULL);
_clientSocketRecvQueue = dispatch_queue_create("client.socket.recv.queue", NULL);
dispatch_queue_set_specific(_clientSocketSendQueue, &clientSocketSendQueueKey, NULL, NULL);
dispatch_queue_set_specific(_clientSocketSendQueue, &clientSocketRecvQueueKey, NULL, NULL);
}
return self;
}
#pragma mark - PublicMethod
- (void)startConnect
{
if (!_isStop) {
return;
}
dispatch_block_t block = ^() {
_isStop = NO;
[self createClientSocket];
};
if (dispatch_queue_get_specific(_clientSocketSendQueue, &clientSocketSendQueueKey)) {
dispatch_sync(_clientSocketSendQueue, block);
}else {
dispatch_async(_clientSocketSendQueue, block);
}
}
- (void)stopConnect
{
if (_isStop) {
return;
}
dispatch_block_t block = ^() {
close(_sockfd);
_isStop = YES;
};
if (dispatch_queue_get_specific(_clientSocketSendQueue, &clientSocketSendQueueKey)) {
dispatch_sync(_clientSocketSendQueue, block);
}else {
dispatch_async(_clientSocketSendQueue, block);
}
}
- (void)sendData:(NSData *)data
{
dispatch_block_t block = ^() {
const char *sendLine = data.bytes;
NSUInteger lineLength = (data.length > kMAXLINE ? kMAXLINE : data.length);
ssize_t len = 0;
while (!_isStop && (len = send(_sockfd, sendLine, lineLength, 0)) > 0) {
sendLine += lineLength;
NSUInteger left = data.length - lineLength;
if (left <= 0) {
break;
}
lineLength = (left > kMAXLINE ? kMAXLINE : left);
}
if (len < 0) {
NSLog(@"send msg error: %s", strerror(errno));
}
};
if (dispatch_queue_get_specific(_clientSocketSendQueue, &clientSocketSendQueueKey)) {
dispatch_sync(_clientSocketSendQueue, block);
}else {
dispatch_async(_clientSocketSendQueue, block);
}
}
- (void)recvData
{
dispatch_block_t block = ^() {
char buff[kMAXLINE];
size_t n = 0;
while (!_isStop && (n = recv(_sockfd, buff, kMAXLINE, 0)) > 0) {
buff[n] = '\0';
// NSLog(@"recv msg from client: %s\n", buff);
NSLog(@"recv msg from client length: %ld", n);
if (_clientDidRecvDataBlock) {
_clientDidRecvDataBlock([NSData dataWithBytes:buff length:n]);
}
}
};
if (dispatch_queue_get_specific(_clientSocketRecvQueue, &clientSocketRecvQueueKey)) {
dispatch_sync(_clientSocketRecvQueue, block);
}else {
dispatch_async(_clientSocketRecvQueue, block);
}
}
#pragma mark - PrivateMethod
- (void)createClientSocket
{
struct sockaddr_in servaddr;
if((_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
NSLog(@"socket error: %s", strerror(errno));
return;
}
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(_serverPort);
if(inet_pton(AF_INET, _serverIP.UTF8String, &servaddr.sin_addr) <= 0) {
NSLog(@"inet_pton error");
return;
}
if(connect(_sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0) {
NSLog(@"connect error: %s",strerror(errno));
return;
}
}
@end
数据发送
- (void)viewDidLoad
{
[super viewDidLoad];
NSData *data = [NSData dataWithContentsOfFile:[[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"demo" ofType:@"txt"]];
// NSLog(@"%ld", data.length);
_client = [[ClientSocket alloc] initWithServerIP:@"127.0.0.1" port:6666];
_server = [[ServerSocket alloc] initWithPort:6666];
__weak typeof(self) wself = self;
[_server setServerDidStartBlock:^{
__strong typeof(self) sself = wself;
[sself.client startConnect];
[sself.client sendData:data];
[sself.client sendData:data];
[sself.client sendData:data];
[sself.client sendData:data];
}];
[_server startServer];
}
待发送的数据大小：
待发送文件.png
结果：
接受结果.png
可以看出只有第一次是完整的数据大小，其它每次接收的数据都不是待发送数据的真实长度。
粘包问题
在做TCP通信的时候，如果需要在一条连接上连续发送不同结构的数据时，可能遇到其中的某些包完整，某些包不完整，也可能遇到某些包包含多个数据。这就是典型的TCP粘包现象。TCP粘包现象是指在使用TCP通信的时候，一个完成的消息可能会被TCP拆分成多个包进行发送，也有可能把多个小的包封装成一个大的数据包进行发送。
提高网络利用率
Nagle 算法
TCP 中为了提高网络的利用率，经常使用一个叫做Nagle的算法。该算法是指发送端即使还有应发送的数据，但如果这部分数据很少的话，则进行延迟发送的一种处理机制，也就是仅在下列任意一种条件下才能发送数据，如果两条件都不满足，那么暂时等待一段时间以后再进行数据发送。
1、已发送的数据都已经收到确认应客时。
2、可以发送最大段长度(MSS) 的数据时。
在使用 TCP 协议发送数据的时候，即使只发送一个字节，但是数据还是需要封装成TCP/IP包来发送。因此，最少需要加入一个 20 字节的 TCP 首部，20 字节的 IP 首部，这样发送的流量其实是数据的40倍左右。Nagle 算法就是为了解决频繁发送小包所导致的流量浪费和网络阻塞问题。
延迟确认应答
接收数据的主机如果每次都立刺回复确认应答的话，可能会返回一个较小的窗口。那是因为刚接收完数据，缓冲区已满。当某个接收端收到这个小窗口的通知以后，会以它为上限发送数据，从而又降低了网络的利用率。为此，引入了一个方法，那就是收到数据以后并不立即返回确认应答，而是延迟一段时间的机制，尝试减少接收方所发送的 ack 数量。
1、在没有收到2x最大段长度的数据为止不做确认应答；
2、其他情况下，延迟发送确认应答；
粘包原因
1、由Nagle算法造成的发送端的粘包。发送端需要等缓冲区满才发送数据出去，这就有可能把多个小的包封装成一个大的数据包进行发送。
2、接收端接收不及时造成的接收端粘包。TCP会把接收到的数据存在自己的缓冲区中,然后通知应用层取数据。当应用层不能及时的把TCP的数据取出来,就会造成缓冲区中存放了多个MSS数据。
解决办法
1、每次发送数据，就与对方建立连接，然后双方发送完一段数据后，就关闭连接。这种算法的局限在于每次都要进行三次握手四次挥手，既浪费流量，又使数据传输延时性增大，socket不能很好的复用。
2、特殊切割符来分割包。这种方式必须严格要求包体中不会出现该特殊字符，因此，需要控制使用范围。
3、每个包都是固定长度。这种方式会造成包的体积很难确定，浪费流量等问题。
4、发送端使用了TCP强制数据立即传送的操作指令push。可能引发频繁发送小包所导致的流量浪费和网络阻塞问题。
5、自定义协议，支持可变长度的包。可定制性强，对编码要求增加。
（待续）
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