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第 9 章 TCP 粘包和拆包及解决方案

9.1、 TCP 粘包和拆包基本介绍

TCP是面向连接的，面向流的，提供高可靠性服务。收发两端（客户端和服务器端）都要有一一成对的 socket，因此，发送端为了将多个发给接收端的包，更有效的发给对方，使用了优化方法（Nagle 算法），将多次间隔较小且数据量小的数据，合并成一个大的数据块，然后进行封包。这样做虽然提高了效率，但是接收端就难于分辨出完整的数据包了，因为面向流的通信是无消息保护边界的
由于 TCP 无消息保护边界, 需要在接收端处理消息边界问题，也就是我们所说的粘包、拆包问题, 看一张图
示意图 TCP 粘包、拆包图解

对图的说明

假设客户端分别发送了两个数据包 D1 和 D2 给服务端，由于服务端一次读取到字节数是不确定的，故可能存在以下四种情况：

服务端分两次读取到了两个独立的数据包，分别是 D1 和 D2，没有粘包和拆包
服务端一次接受到了两个数据包，D1 和 D2 粘合在一起，称之为 TCP 粘包
服务端分两次读取到了数据包，第一次读取到了完整的 D1 包和 D2 包的部分内容，第二次读取到了 D2 包的剩余内容，这称之为 TCP 拆包
服务端分两次读取到了数据包，第一次读取到了 D1 包的部分内容 D1_1，第二次读取到了 D1 包的剩余部分内容 D1_2 和完整的 D2 包。

9.2、 TCP 粘包和拆包现象实例

在编写 Netty 程序时，如果没有做处理，就会发生粘包和拆包的问题

客户端

package com.test.netty.tcp;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;

import java.nio.charset.Charset;

public class MyClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf> {

    private int count;
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        //使用客户端发送10条数据 hello,server 编号
        for(int i= 0; i< 10; ++i) {
            ByteBuf buffer = Unpooled.copiedBuffer("hello,server " + i, Charset.forName("utf-8"));
            ctx.writeAndFlush(buffer);
        }
    }

    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg) throws Exception {
        byte[] buffer = new byte[msg.readableBytes()];
        msg.readBytes(buffer);

        String message = new String(buffer, Charset.forName("utf-8"));
        System.out.println("客户端接收到消息=" + message);
        System.out.println("客户端接收消息数量=" + (++this.count));

    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

服务端


package com.test.netty.tcp;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;

import java.nio.charset.Charset;
import java.util.UUID;

public class MyServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf>{
    private int count;

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        //cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }

    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg) throws Exception {

        byte[] buffer = new byte[msg.readableBytes()];
        msg.readBytes(buffer);

        //将buffer转成字符串
        String message = new String(buffer, Charset.forName("utf-8"));

        System.out.println("服务器接收到数据 " + message);
        System.out.println("服务器接收到消息量=" + (++this.count));

        //服务器回送数据给客户端, 回送一个随机id ,
        ByteBuf responseByteBuf = Unpooled.copiedBuffer(UUID.randomUUID().toString() + " ", Charset.forName("utf-8"));
        ctx.writeAndFlush(responseByteBuf);

    }
}

9.3 、TCP 粘包和拆包解决方案

使用 自定义协议 + 编解码器 来解决
关键就是要解决服务器端每次读取数据长度的问题, 这个问题解决，就不会出现服务器多读或少读数据的问题，从而避免的 TCP 粘包、拆包 。

9.4 看一个具体的实例:

要求客户端发送 5 个 Message 对象, 客户端每次发送一个 Message 对象
服务器端每次接收一个 Message, 分 5 次进行解码，每读取到一个 Message , 会回复一个 Message 对象给客户端

代码

package com.test.netty.protocoltcp;


//协议包
public class MessageProtocol {
    private int len; //关键
    private byte[] content;

    public int getLen() {
        return len;
    }

    public void setLen(int len) {
        this.len = len;
    }

    public byte[] getContent() {
        return content;
    }

    public void setContent(byte[] content) {
        this.content = content;
    }
}

MyClientHandler

package com.test.netty.protocoltcp;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;

import java.nio.charset.Charset;

public class MyClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<MessageProtocol> {

    private int count;
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        //使用客户端发送10条数据 "今天天气冷，吃火锅" 编号

        for(int i = 0; i< 5; i++) {
            String mes = "今天天气冷，吃火锅";
            byte[] content = mes.getBytes(Charset.forName("utf-8"));
            int length = mes.getBytes(Charset.forName("utf-8")).length;

            //创建协议包对象
            MessageProtocol messageProtocol = new MessageProtocol();
            messageProtocol.setLen(length);
            messageProtocol.setContent(content);
            ctx.writeAndFlush(messageProtocol);

        }

    }

//    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, MessageProtocol msg) throws Exception {

        int len = msg.getLen();
        byte[] content = msg.getContent();

        System.out.println("客户端接收到消息如下");
        System.out.println("长度=" + len);
        System.out.println("内容=" + new String(content, Charset.forName("utf-8")));

        System.out.println("客户端接收消息数量=" + (++this.count));

    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        System.out.println("异常消息=" + cause.getMessage());
        ctx.close();
    }
}

MyMessageEncoder

package com.test.netty.protocoltcp;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.handler.codec.MessageToByteEncoder;

public class MyMessageEncoder extends MessageToByteEncoder<MessageProtocol> {
    @Override
    protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, MessageProtocol msg, ByteBuf out) throws Exception {
        System.out.println("MyMessageEncoder encode 方法被调用");
        out.writeInt(msg.getLen());
        out.writeBytes(msg.getContent());
    }
}

MyMessageDecoder

package com.test.netty.protocoltcp;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.handler.codec.ReplayingDecoder;

import java.util.List;

public class MyMessageDecoder extends ReplayingDecoder<Void> {
    @Override
    protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List<Object> out) throws Exception {
        System.out.println("MyMessageDecoder decode 被调用");
        //需要将得到二进制字节码-> MessageProtocol 数据包(对象)
        int length = in.readInt();

        byte[] content = new byte[length];
        in.readBytes(content);

        //封装成 MessageProtocol 对象，放入 out， 传递下一个handler业务处理
        MessageProtocol messageProtocol = new MessageProtocol();
        messageProtocol.setLen(length);
        messageProtocol.setContent(content);

        out.add(messageProtocol);

    }
}

MyServerHandler

package com.test.netty.protocoltcp;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;

import java.nio.charset.Charset;
import java.util.UUID;


//处理业务的handler
public class MyServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<MessageProtocol>{
    private int count;

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        //cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }

    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, MessageProtocol msg) throws Exception {

        //接收到数据，并处理
        int len = msg.getLen();
        byte[] content = msg.getContent();

        System.out.println();
        System.out.println();
        System.out.println();
        System.out.println("服务器接收到信息如下");
        System.out.println("长度=" + len);
        System.out.println("内容=" + new String(content, Charset.forName("utf-8")));

        System.out.println("服务器接收到消息包数量=" + (++this.count));

        //回复消息

        String responseContent = UUID.randomUUID().toString();
        int responseLen = responseContent.getBytes("utf-8").length;
        byte[]  responseContent2 = responseContent.getBytes("utf-8");
        //构建一个协议包
        MessageProtocol messageProtocol = new MessageProtocol();
        messageProtocol.setLen(responseLen);
        messageProtocol.setContent(responseContent2);

        ctx.writeAndFlush(messageProtocol);


    }
}

第 10 章Netty 核心源码剖析

10.1、基本说明

只有看过 Netty 源码，才能说是真的掌握了 Netty 框架。
在 io.netty.example 包下，有很多 Netty 源码案例，可以用来分析
源码分析章节是针对有 Java 项目经验，并且玩过框架源码的人员讲的，否则你听起来会有相当的难度

10.2、 Netty 启动过程源码剖析

10.2.1 源码剖析目的

用源码分析的方式走一下 Netty （服务器）的启动过程，更好的理解 Netty 的整体设计和运行机制。

10.2.2 源码剖析

说明

源码需要剖析到 Netty调用 doBind 方法，追踪到 NioServerSocketChannel 的doBind
并且要 Debug 程序到 NioEventLoop 类的 run 代码，无限循环，在服务器端运行。

10.2.3 源码剖析过程

demo 源码的基本理解

/*
 * Copyright 2012 The Netty Project
 *
 * The Netty Project licenses this file to you under the Apache License,
 * version 2.0 (the "License"); you may not use this file except in compliance
 * with the License. You may obtain a copy of the License at:
 *
 *   http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS, WITHOUT
 * WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied. See the
 * License for the specific language governing permissions and limitations
 * under the License.
 */
package com.test.netty.source.echo2;

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.*;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.logging.LogLevel;
import io.netty.handler.logging.LoggingHandler;
import io.netty.handler.ssl.SslContext;
import io.netty.handler.ssl.SslContextBuilder;
import io.netty.handler.ssl.util.SelfSignedCertificate;
import io.netty.util.concurrent.DefaultEventExecutorGroup;
import io.netty.util.concurrent.EventExecutorGroup;

/**
 * Echoes back any received data from a client.
 */
public final class EchoServer {

    static final boolean SSL = System.getProperty("ssl") != null;
    static final int PORT = Integer.parseInt(System.getProperty("port", "8007"));

    //创建业务线程池
    //这里我们就创建2个子线程
    static final EventExecutorGroup group = new DefaultEventExecutorGroup(2);

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // Configure SSL.
        final SslContext sslCtx;
        if (SSL) {
            SelfSignedCertificate ssc = new SelfSignedCertificate();
            sslCtx = SslContextBuilder.forServer(ssc.certificate(), ssc.privateKey()).build();
        } else {
            sslCtx = null;
        }

        // Configure the server.
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
            b.group(bossGroup, workerGroup)
             .channel(NioServerSocketChannel.class)
             .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 100)
             .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
             .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                 @Override
                 public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                     ChannelPipeline p = ch.pipeline();
                     if (sslCtx != null) {
                         p.addLast(sslCtx.newHandler(ch.alloc()));
                     }
                     //p.addLast(new LoggingHandler(LogLevel.INFO));
                     p.addLast(new EchoServerHandler());
                     //说明: 如果我们在addLast 添加handler ，前面有指定
                     //EventExecutorGroup, 那么该handler 会优先加入到该线程池中

                     //p.addLast(group, new EchoServerHandler());
                 }
             });

            // Start the server.
            ChannelFuture f = b.bind(PORT).sync();

            // Wait until the server socket is closed.
            f.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            // Shut down all event loops to terminate all threads.
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

说明

先看启动类：main 方法中，首先创建了关于 SSL 的配置类。
点分析下创建了两个 EventLoopGroup 对象：

EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();

    + 这两个对象是整个 Netty 的核心对象，可以说，整个 Netty 的运作都依赖于他们。bossGroup 用于接受Tcp 请求，他会将请求交给 workerGroup ，workerGroup 会获取到真正的连接，然后和连接进行通信，比如读 写解码编码等操作。
    + EventLoopGroup 是 事件循环组（线程组） 含有多个 EventLoop， 可以注册 channel ,用于在事件循环中去进行选择（和选择器相关）[debug 看]
    + new NioEventLoopGroup(1); 这个 1 表示 bossGroup 事件组有 1 个线程你可以指定，如果 new NioEventLoopGroup() 会含有默认个线程 cpu 核数*2, 即可以充分的利用多核的优势，【可以 dubug 一把】

DEFAULT_EVENT_LOOP_THREADS = Math.max(1,SystemPropertyUtil.getInt(io.netty.eventLoopThreads, NettyRuntime.availableProcessors() * 2));

后续更新中.............

Nett学习总结 后续

第 9 章 TCP 粘包和拆包 及解决方案

9.1、 TCP 粘包和拆包基本介绍

9.2、 TCP 粘包和拆包现象实例

9.3 、TCP 粘包和拆包解决方案

9.4 看一个具体的实例:

第 10 章Netty 核心源码剖析

10.1、 基本说明

10.2、 Netty 启动过程源码剖析

10.2.1 源码剖析目的

10.2.2 源码剖析

10.2.3 源码剖析过程

Nett学习总结后续

第 9 章 TCP 粘包和拆包及解决方案

10.1、基本说明