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TCP粘包拆包

粘包问题

在 TCP 这种字节流协议上做应用层分包是网络编程的基本需求。分包指的是在发生一个消息(message)或一帧(frame)数据时,通过一定的处理,让接收方能从字节流中识别并截取(还原)出一个个消息。因此,“粘包问题”是个伪命题

短连接分包

对于短连接的 TCP 服务,分包不是一个问题,只要发送方主动关闭连接,就表示一个消息发送完毕,接收方 read() 返回0,从而知道消息的结尾

TCP 发送机制

为了提高 TCP 的传输效率,TCP 有一套自己的发送机制

  • TCP 维持一个变量,它等于最大报文段长度 MSS。只要缓存中存放的数据达到 MSS 字节时,就组装成一个 TCP 报文段发送出去
  • 由发送方的应用进程指明要求发送报文段,即 TCP 支持的推送(push)操作
  • 发送方的一个计时器期限到了,这时把当前已有的缓存数据装入报文段(但长度不能超过 MSS)发送出去

长连接分包

对于长连接的 TCP 服务,分包有四种方法

  • 消息长度固定
  • 使用特殊的字符或字符串作为消息的边界,例如 HTTP 协议的 headers 以“\r\n”为字段的分隔符
  • 在每条消息的头部加一个长度字段,这恐怕是最常见的做法
  • 利用消息本身的格式来分包,例如 XML 格式的消息中 <root></root> 的配对,或者 JSON 格式中的 { … } 的配对。解析这种消息格式通常会用到状态机(state machine)

复杂的分包

假如消息格式非常简单,“消息”本身是一个字符串,每条消息有一个4字节的头部,以网络序存放字符串的长度。消息直接没有间隙,字符串也不要求以 ‘\0’ 结尾

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发送两条消息“hello”和“smartboy”,打包后的字节流共有21字节

0x00, 0x00, 0x00, 0x05, 'h', 'e', 'l', 'l', 'o',
0x00, 0x00, 0x00, 0x08, 's', 'm', 'a', 'r', 't', 'b', 'o', 'y'

假设数据最终都全部到达,数据解析逻辑至少能正确处理以下各种数据到达的次序

  • 一个字节一个字节到达
  • 数据分两次到达,第一次收到2个字节,不足消息的长度字段
  • 数据分两次到达,第一次收到4个字节,刚好够长度字段,但是没有 body
  • 数据分两次到达,第一次收到8个字节,长度完整,但 body 不完整
  • 数据分两次到达,第一次收到9个字节,长度完整,但 body 也完整
  • 数据分两次到达,第一次收到10个字节,第一条消息的长度完整、body 也完整,第二条消息长度不完整
  • 请自行移动和增加分割点,一共有超过 100 万种可能(221-1)
  • 数据一次就全部到达

《TCP粘包拆包》 原文链接:https://blog.maplemark.cn/2019/04/tcp粘包拆包.html