Netty之解决TCP粘包拆包(自定义协议)

1、什么是粘包/拆包

一般所谓的TCP粘包是在一次接收数据不能完全地体现一个完整的消息数据。TCP通讯为何存在粘包呢？主要原因是TCP是以流的方式来处理数据，再加上网络上MTU的往往小于在应用处理的消息数据，所以就会引发一次接收的数据无法满足消息的需要，导致粘包的存在。处理粘包的唯一方法就是制定应用层的数据通讯协议，通过协议来规范现有接收的数据是否满足消息数据的需要。

2、解决办法

2.1、消息定长，报文大小固定长度，不够空格补全，发送和接收方遵循相同的约定，这样即使粘包了通过接收方编程实现获取定长报文也能区分。

2.2、包尾添加特殊分隔符，例如每条报文结束都添加回车换行符（例如FTP协议）或者指定特殊字符作为报文分隔符，接收方通过特殊分隔符切分报文区分。

2.3、将消息分为消息头和消息体，消息头中包含表示信息的总长度（或者消息体长度）的字段

3、自定义协议，来实现TCP的粘包/拆包问题

3.0  自定义协议，开始标记

3.1  自定义协议的介绍

3.2  自定义协议的类的封装

3.3  自定义协议的编码器

3.4  自定义协议的解码器

4、协议相关的实现

4.1  协议的封装

1. import java.util.Arrays;
2. /**
3. * <pre>
4. * 自己定义的协议
5. *  数据包格式
6. * +——----——+——-----——+——----——+
7. * |协议开始标志|  长度             |   数据       |
8. * +——----——+——-----——+——----——+
9. * 1.协议开始标志head_data，为int类型的数据，16进制表示为0X76
10. * 2.传输数据的长度contentLength，int类型
11. * 3.要传输的数据
12. * </pre>
13. */
14. public class SmartCarProtocol {
15. /**
16. * 消息的开头的信息标志
17. */
18. private int head_data = ConstantValue.HEAD_DATA;
19. /**
20. * 消息的长度
21. */
22. private int contentLength;
23. /**
24. * 消息的内容
25. */
26. private byte[] content;
27. /**
28. * 用于初始化，SmartCarProtocol
29. *
30. * @param contentLength
31. *            协议里面，消息数据的长度
32. * @param content
33. *            协议里面，消息的数据
34. */
35. public SmartCarProtocol(int contentLength, byte[] content) {
36. this.contentLength = contentLength;
37. this.content = content;
38. }
39. public int getHead_data() {
40. return head_data;
41. }
42. public int getContentLength() {
43. return contentLength;
44. }
45. public void setContentLength(int contentLength) {
46. this.contentLength = contentLength;
47. }
48. public byte[] getContent() {
49. return content;
50. }
51. public void setContent(byte[] content) {
52. this.content = content;
53. }
54. @Override
55. public String toString() {
56. return "SmartCarProtocol [head_data=" + head_data + ", contentLength="
57. + contentLength + ", content=" + Arrays.toString(content) + "]";
58. }
59. }

4.2  协议的编码器

1. /**
2. * <pre>
3. * 自己定义的协议
4. *  数据包格式
5. * +——----——+——-----——+——----——+
6. * |协议开始标志|  长度             |   数据       |
7. * +——----——+——-----——+——----——+
8. * 1.协议开始标志head_data，为int类型的数据，16进制表示为0X76
9. * 2.传输数据的长度contentLength，int类型
10. * 3.要传输的数据
11. * </pre>
12. */
13. public class SmartCarEncoder extends MessageToByteEncoder<SmartCarProtocol> {
14. @Override
15. protected void encode(ChannelHandlerContext tcx, SmartCarProtocol msg,
16. ByteBuf out) throws Exception {
17. // 写入消息SmartCar的具体内容
18. // 1.写入消息的开头的信息标志(int类型)
19. out.writeInt(msg.getHead_data());
20. // 2.写入消息的长度(int 类型)
21. out.writeInt(msg.getContentLength());
22. // 3.写入消息的内容(byte[]类型)
23. out.writeBytes(msg.getContent());
24. }
25. }

4.3  协议的解码器

1. import java.util.List;
2. import io.netty.buffer.ByteBuf;
3. import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
4. import io.netty.handler.codec.ByteToMessageDecoder;
5. /**
6. * <pre>
7. * 自己定义的协议
8. *  数据包格式
9. * +——----——+——-----——+——----——+
10. * |协议开始标志|  长度             |   数据       |
11. * +——----——+——-----——+——----——+
12. * 1.协议开始标志head_data，为int类型的数据，16进制表示为0X76
13. * 2.传输数据的长度contentLength，int类型
14. * 3.要传输的数据,长度不应该超过2048，防止socket流的攻击
15. * </pre>
16. */
17. public class SmartCarDecoder extends ByteToMessageDecoder {
18. /**
19. * <pre>
20. * 协议开始的标准head_data，int类型，占据4个字节.
21. * 表示数据的长度contentLength，int类型，占据4个字节.
22. * </pre>
23. */
24. public final int BASE_LENGTH = 4 + 4;
25. @Override
26. protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf buffer,
27. List<Object> out) throws Exception {
28. // 可读长度必须大于基本长度
29. if (buffer.readableBytes() >= BASE_LENGTH) {
30. // 防止socket字节流攻击
31. // 防止，客户端传来的数据过大
32. // 因为，太大的数据，是不合理的
33. if (buffer.readableBytes() > 2048) {
34. buffer.skipBytes(buffer.readableBytes());
35. }
36. // 记录包头开始的index
37. int beginReader;
38. while (true) {
39. // 获取包头开始的index
40. beginReader = buffer.readerIndex();
41. // 标记包头开始的index
42. buffer.markReaderIndex();
43. // 读到了协议的开始标志，结束while循环
44. if (buffer.readInt() == ConstantValue.HEAD_DATA) {
45. break;
46. }
47. // 未读到包头，略过一个字节
48. // 每次略过，一个字节，去读取，包头信息的开始标记
49. buffer.resetReaderIndex();
50. buffer.readByte();
51. // 当略过，一个字节之后，
52. // 数据包的长度，又变得不满足
53. // 此时，应该结束。等待后面的数据到达
54. if (buffer.readableBytes() < BASE_LENGTH) {
55. return;
56. }
57. }
58. // 消息的长度
59. int length = buffer.readInt();
60. // 判断请求数据包数据是否到齐
61. if (buffer.readableBytes() < length) {
62. // 还原读指针
63. buffer.readerIndex(beginReader);
64. return;
65. }
66. // 读取data数据
67. byte[] data = new byte[length];
68. buffer.readBytes(data);
69. SmartCarProtocol protocol = new SmartCarProtocol(data.length, data);
70. out.add(protocol);
71. }
72. }
73. }

4.4  服务端加入协议的编/解码器

4.5  客户端加入协议的编/解码器

5、服务端的实现

1. import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
2. import io.netty.channel.ChannelFuture;
3. import io.netty.channel.ChannelInitializer;
4. import io.netty.channel.ChannelOption;
5. import io.netty.channel.EventLoopGroup;
6. import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
7. import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
8. import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
9. import io.netty.handler.logging.LogLevel;
10. import io.netty.handler.logging.LoggingHandler;
11. public class Server {
12. public Server() {
13. }
14. public void bind(int port) throws Exception {
15. // 配置NIO线程组
16. EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
17. EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
18. try {
19. // 服务器辅助启动类配置
20. ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
21. b.group(bossGroup, workerGroup)
22. .channel(NioServerSocketChannel.class)
23. .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
24. .childHandler(new ChildChannelHandler())//
25. .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024) // 设置tcp缓冲区 // (5)
26. .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true); // (6)
27. // 绑定端口 同步等待绑定成功
28. ChannelFuture f = b.bind(port).sync(); // (7)
29. // 等到服务端监听端口关闭
30. f.channel().closeFuture().sync();
31. } finally {
32. // 优雅释放线程资源
33. workerGroup.shutdownGracefully();
34. bossGroup.shutdownGracefully();
35. }
36. }
37. /**
38. * 网络事件处理器
39. */
40. private class ChildChannelHandler extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
41. @Override
42. protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
43. // 添加自定义协议的编解码工具
44. ch.pipeline().addLast(new SmartCarEncoder());
45. ch.pipeline().addLast(new SmartCarDecoder());
46. // 处理网络IO
47. ch.pipeline().addLast(new ServerHandler());
48. }
49. }
50. public static void main(String[] args) throws Exception {
51. new Server().bind(9999);
52. }
53. }

6、服务端Handler的实现

1. import io.netty.channel.ChannelHandlerAdapter;
2. import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
3. public class ServerHandler extends ChannelHandlerAdapter {
4. // 用于获取客户端发送的信息
5. @Override
6. public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)
7. throws Exception {
8. // 用于获取客户端发来的数据信息
9. SmartCarProtocol body = (SmartCarProtocol) msg;
10. System.out.println("Server接受的客户端的信息 :" + body.toString());
11. // 会写数据给客户端
12. String str = "Hi I am Server ...";
13. SmartCarProtocol response = new SmartCarProtocol(str.getBytes().length,
14. str.getBytes());
15. // 当服务端完成写操作后，关闭与客户端的连接
16. ctx.writeAndFlush(response);
17. // .addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);
18. // 当有写操作时，不需要手动释放msg的引用
19. // 当只有读操作时，才需要手动释放msg的引用
20. }
21. @Override
22. public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)
23. throws Exception {
24. // cause.printStackTrace();
25. ctx.close();
26. }
27. }

7、客户端的实现

1. import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
2. import io.netty.channel.ChannelFuture;
3. import io.netty.channel.ChannelInitializer;
4. import io.netty.channel.ChannelOption;
5. import io.netty.channel.EventLoopGroup;
6. import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
7. import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
8. import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;
9. public class Client {
10. /**
11. * 连接服务器
12. *
13. * @param port
14. * @param host
15. * @throws Exception
16. */
17. public void connect(int port, String host) throws Exception {
18. // 配置客户端NIO线程组
19. EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
20. try {
21. // 客户端辅助启动类 对客户端配置
22. Bootstrap b = new Bootstrap();
23. b.group(group)//
24. .channel(NioSocketChannel.class)//
25. .option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)//
26. .handler(new MyChannelHandler());//
27. // 异步链接服务器 同步等待链接成功
28. ChannelFuture f = b.connect(host, port).sync();
29. // 等待链接关闭
30. f.channel().closeFuture().sync();
31. } finally {
32. group.shutdownGracefully();
33. System.out.println("客户端优雅的释放了线程资源...");
34. }
35. }
36. /**
37. * 网络事件处理器
38. */
39. private class MyChannelHandler extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
40. @Override
41. protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
42. // 添加自定义协议的编解码工具
43. ch.pipeline().addLast(new SmartCarEncoder());
44. ch.pipeline().addLast(new SmartCarDecoder());
45. // 处理网络IO
46. ch.pipeline().addLast(new ClientHandler());
47. }
48. }
49. public static void main(String[] args) throws Exception {
50. new Client().connect(9999, "127.0.0.1");
51. }
52. }

8、客户端Handler的实现

1. import io.netty.channel.ChannelHandlerAdapter;
2. import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
3. import io.netty.util.ReferenceCountUtil;
4. //用于读取客户端发来的信息
5. public class ClientHandler extends ChannelHandlerAdapter {
6. // 客户端与服务端，连接成功的售后
7. @Override
8. public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
9. // 发送SmartCar协议的消息
10. // 要发送的信息
11. String data = "I am client ...";
12. // 获得要发送信息的字节数组
13. byte[] content = data.getBytes();
14. // 要发送信息的长度
15. int contentLength = content.length;
16. SmartCarProtocol protocol = new SmartCarProtocol(contentLength, content);
17. ctx.writeAndFlush(protocol);
18. }
19. // 只是读数据，没有写数据的话
20. // 需要自己手动的释放的消息
21. @Override
22. public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)
23. throws Exception {
24. try {
25. // 用于获取客户端发来的数据信息
26. SmartCarProtocol body = (SmartCarProtocol) msg;
27. System.out.println("Client接受的客户端的信息 :" + body.toString());
28. } finally {
29. ReferenceCountUtil.release(msg);
30. }
31. }
32. @Override
33. public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)
34. throws Exception {
35. ctx.close();
36. }
37. }

9、参考的博客地址

1. http://www.cnblogs.com/whthomas/p/netty-custom-protocol.html
2. http://www.cnblogs.com/fanguangdexiaoyuer/p/6131042.html