workerman 自定义的协议如何解决粘包拆包

前言

        由于最近在使用 workerman 实现 Unity3D 联机游戏的服务端，虽然也可以通过 TCP 协议直接通信，但是在实际测试的过程中发现了一些小问题。

        比如双方的数据包都是字符串的方式吗，还有就因为是字符串就需要切割，而有时候在客户端或服务端接收时都会出现报错。经过打印日志发现，两端接收到的包都有出现不是事先约定好的格式，这也就是 TCP 的粘包拆包现象。这个的解决方法很简单，网上也有很多，但是这里是想用自己实现的协议解决，暂且放到后面来说。

问题解答

        关于网游的通信数据包格式的约定，我在网上也看过一些。如果不是用弱类型语言做服务端脚本，其实别人常用的是字节数组。但是 PHP 在接收到字节数组时，其实就是字符串，但前提时该字节数组没有一些特定转换的。就拿 C# 来说，在解决粘包等问题会在字节数组前加入字节长度 (BitConverter.GetBytes (len))。但是这个传递到 PHP 服务端接收时，字符串前 4 个字节就是显示不出来，用过很多方法进行转换都取不出来。 后来也想过用 Protobuf 数据方式，虽然 PHP 可以对数据可以转换，但是客户端 C# 我还不太熟就放弃了。

        还一个问题是，其实别人做网游服务端实现帧同步大部分都是 UDP 协议，同时也有 TCP 和 UDP 共用。但是如果只是小型多人在线游戏，用 PHP 做服务端，TCP 协议通信也完全可以的。接下来就回到 workerman 的自定义协议和粘包拆包问题吧。  

自定义协议

        workerman 对 PHP 的几个 socket 函数进行了封装 (关于 socket 函数，如果愿意折腾，php 也可以写一个文件传输的小工具的)，基于 TCP 之上也自带了几个应用层协议，比如 Http, Websocket, Frame 等。也预留了用户自行定义协议的路口，只需要实现他的 ProtocolInterface 接口，以下就简单介绍以下接口需要实现的几个方法。

1.  Input 方法

        在这个方法里，可以在服务端接收前对数据包进行解包，检查包长度，过滤等。返回 0 就将数据包放入接收端的缓冲内继续等待，返回指定长度则表示取出缓冲区内长度。如果异常也可以返回 false 直接关闭该客户端连接。

2. encode 方法

         该方法是服务端在发送数据包到客户端前，对数据包格式的处理，也就是封包，这个就要前后端约定好了。

3. decode 方法

        这个方法也就是解包，就是从缓冲区里取出指定长度到 onMessage 接收前要进行处理的地方，比如进行逻辑调配等等。

粘包拆包产生现象

        由于 TCP 是基于流的，且因为是传输层，在上层的应用通过 socket 套接字 (理解为接口) 通信时，他不知道传递过来的数据包开头结尾在哪。只是根据 TCP 的一套拥塞算法机型粘合或拆解的发送。所以从字面上看，粘包就是几个数据包一起发送，原本应该是两个包，客户端只收到了一个包。而拆包是将一个数据包拆成了几个包，本应该是接收一个数据包，却只收到了一个。所以如果不解决这个，前面提到了按约定字符串传输，就可能解包时报错的情况。  

粘包拆包解决方法

1. 首部加数据包长度

<?php
/**
 * This file is part of game.
 *
 * Licensed under The MIT License
 * For full copyright and license information, please see the MIT-LICENSE.txt
 * Redistributions of files must retain the above copyright notice.
 *
 * @author    beiqiaosu
 * @link      http://www.zerofc.cn
 */
namespace Workerman\Protocols;

use Workerman\Connection\TcpConnection;

/**
 * Frame Protocol.
 */
class Game
{
    /**
     * Check the integrity of the package.
     *
     * @param string        $buffer
     * @param TcpConnection $connection
     * @return int
     */
    public static function input($buffer, TcpConnection $connection)
    {
        // 数据包前4个字节
        $bodyLen = intval(substr($buffer, 0 , 4));
        $totalLen = strlen($buffer);

        if ($totalLen < 4) {
            return 0;
        }

        if ($bodyLen <= 0) {
            return 0;
        }

        if ($bodyLen > strlen(substr($buffer, 4))) {
            return 0;
        }

        return $bodyLen + 4;
    }

    /**
     * Decode.
     *
     * @param string $buffer
     * @return string
     */
    public static function decode($buffer)
    {
        return substr($buffer, 4);
    }

    /**
     * Encode.
     *
     * @param string $buffer
     * @return string
     */
    public static function encode($buffer)
    {
        // 对数据包长度向左补零
        $bodyLen = strlen($buffer);
        $headerStr = str_pad($bodyLen, 4, 0, STR_PAD_LEFT);

        return $headerStr . $buffer;
    }
}

2. 特定字符分割

<?php

namespace Workerman\Protocols;

use Workerman\Connection\ConnectionInterface;

/**
 * Text Protocol.
 */
class Tank
{
    /**
     * Check the integrity of the package.
     *
     * @param string        $buffer
     * @param ConnectionInterface $connection
     * @return int
     */
    public static function input($buffer, ConnectionInterface $connection)
    {
        
        if (isset($connection->maxPackageSize) && \strlen($buffer) >= $connection->maxPackageSize) {
            $connection->close();
            return 0;
        }
        
        $pos = \strpos($buffer, "#");
        
        if ($pos === false) {
            return 0;
        }
        
        // 返回当前包长
        return $pos + 1;
    }

    /**
     * Encode.
     *
     * @param string $buffer
     * @return string
     */
    public static function encode($buffer)
    {
        return $buffer . "#";
    }

    /**
     * Decode.
     *
     * @param string $buffer
     * @return string
     */
    public static function decode($buffer)
    {
        return \rtrim($buffer, "#");
    }
}

粘包拆包测试

        这里就只演示特定字符串分割的解决方法，因为上面首页 4 字节加包长的还是存在问题。就是第一次发送不带包长，后面模拟粘包还是拆包都会停留在缓冲区，下面演示可以参照上面代码查看。

1. 服务开启和客户端连接

2. 服务业务端代码

        数据包格式说明一下，字符串以逗号分割，数据包以 #分割，逗号分割第一组是业务方法，如 Login 表示登陆传递，Pos 表示坐标传递，后面带的就是对应方法需要的参数了。

<?php

use Workerman\Worker;

require_once __DIR__ . '/vendor/autoload.php';

// #### create socket and listen 1234 port ####
$worker = new Worker('tank://0.0.0.0:1234');

// 4 processes
//$worker->count = 4;

$worker->onWorkerStart = function ($connection) {
    echo "游戏协议服务启动……";
};

// Emitted when new connection come
$worker->onConnect = function ($connection) {
    echo "New Connection\n";
    $connection->send("address: " . $connection->getRemoteIp() . " " . $connection->getRemotePort());
};

// Emitted when data received
$worker->onMessage = function ($connection, $data) use ($worker, $stream) {

    echo "接收的数据：" . $data . "\n";

    // 简单实现接口分发
    $arr = explode(",", $data);

    if (!is_array($arr) || !count($arr)) {
        $connection->close("数据格式错误", true);
    }

    $func = strtoupper($arr[0]);
    $client = $connection->getRemoteAddress();

    switch($func) {
        case "LOGIN":
            $sendData = "Login1";
            break;
        case "POS":
            $positionX = $arr[1] ?? 0;
            $positionY = $arr[2] ?? 0;
            $positionZ = $arr[3] ?? 0;

            $sendData = "POS,$client,$positionX,$positionY,$positionZ";
            break;
    }

    $connection->send($sendData);
};

// Emitted when connection is closed
$worker->onClose = function ($connection) {
    echo "Connection closed\n";
};


// 接收缓冲区溢出回调
$worker->onBufferFull = function ($connection) {
    echo "清理缓冲区吧";
};

Worker::runAll();

?>

3. 粘包测试

    只需要在客户端模拟两个数据包连在一起，但是要以 #分隔，看看服务端接收的时候是一几个包进行处理的。

4. 拆包测试

        拆包模拟只需要将一个数据包分成两次发送，看看服务端接收的时候能不能显示或者说能不能按约定好的格式正确显示。