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netty如何处理粘包半包

2025/3/17 1:18:26 来源:https://blog.csdn.net/SO_zxn/article/details/145966248  浏览:    关键词:netty如何处理粘包半包

文章目录

  • NIO中存在问题
    • 粘包
    • 半包
      • 滑动窗口
      • MSS 限制
      • Nagle 算法
  • 解决方案

NIO中存在问题

粘包

  • 现象,发送 abc def,接收 abcdef
  • 原因
    • 应用层:接收方 ByteBuf 设置太大(Netty 默认 1024)
    • 滑动窗口:假设发送方 256 bytes 表示一个完整报文,但由于接收方处理不及时且窗口大小足够大,这 256 bytes 字节就会缓冲在接收方的滑动窗口中,当滑动窗口中缓冲了多个报文就会粘包
    • Nagle 算法:会造成粘包(将小的数据包组合成一个更大的数据包进行发送,以此来减少网络中数据包的数量,从而提高网络带宽的利用率,降低网络拥塞的可能性。具体来说,当应用程序产生数据后,Nagle 算法会等待一段时间,看是否还有后续的数据需要发送。如果在等待时间内有新的数据产生,就会将这些数据与之前的数据合并成一个数据包发送;只有当等待时间结束且没有新数据产生时,才会将已有的数据发送出去。)

半包

  • 现象,发送 abcdef,接收 abc def
  • 原因
    • 应用层:接收方 ByteBuf 小于实际发送数据量
    • 滑动窗口:假设接收方的窗口只剩了 128 bytes,发送方的报文大小是 256 bytes,这时放不下了,只能先发送前 128 bytes,等待 ack 后才能发送剩余部分,这就造成了半包
    • MSS 限制:当发送的数据超过 MSS 限制后,会将数据切分发送,就会造成半包

滑动窗口

TCP 以一个段(segment)为单位,每发送一个段就需要进行一次确认应答(ack)处理,但如果这么做,缺点是包的往返时间越长性能就越差。为了解决此问题,引入了窗口概念,窗口大小即决定了无需等待应答而可以继续发送的数据最大值。

在这里插入图片描述

窗口实际就起到一个缓冲区的作用,同时也能起到流量控制的作用

  • 图中深色的部分即要发送的数据,高亮的部分即窗口
  • 窗口内的数据才允许被发送,当应答未到达前,窗口必须停止滑动
  • 如果 1001~2000 这个段的数据 ack 回来了,窗口就可以向前滑动
  • 接收方也会维护一个窗口,只有落在窗口内的数据才能允许接收

MSS 限制

  • 链路层对一次能够发送的最大数据有限制,这个限制称之为 MTU(maximum transmission unit),不同的链路设备的 MTU 值也有所不同,例如

  • 以太网的 MTU 是 1500

  • FDDI(光纤分布式数据接口)的 MTU 是 4352

  • 本地回环地址的 MTU 是 65535 - 本地测试不走网卡

  • MSS 是最大段长度(maximum segment size),它是 MTU 刨去 tcp 头和 ip 头后剩余能够作为数据传输的字节数

  • ipv4 tcp 头占用 20 bytes,ip 头占用 20 bytes,因此以太网 MSS 的值为 1500 - 40 = 1460

  • TCP 在传递大量数据时,会按照 MSS 大小将数据进行分割发送

  • MSS 的值在三次握手时通知对方自己 MSS 的值,然后在两者之间选择一个小值作为 MSS

Nagle 算法

  • 即使发送一个字节,也需要加入 tcp 头和 ip 头,也就是总字节数会使用 41 bytes,非常不经济。因此为了提高网络利用率,tcp 希望尽可能发送足够大的数据,这就是 Nagle 算法产生的缘由
  • 该算法是指发送端即使还有应该发送的数据,但如果这部分数据很少的话,则进行延迟发送
    • 如果 SO_SNDBUF 的数据达到 MSS,则需要发送
    • 如果 SO_SNDBUF 中含有 FIN(表示需要连接关闭)这时将剩余数据发送,再关闭
    • 如果 TCP_NODELAY = true,则需要发送
    • 已发送的数据都收到 ack 时,则需要发送
    • 上述条件不满足,但发生超时(一般为 200ms)则需要发送
    • 除上述情况,延迟发送

解决方案

  1. 短链接,发一个包建立一次连接,这样连接建立到连接断开之间就是消息的边界,缺点效率太低
  2. 每一条消息采用固定长度,缺点浪费空间
  3. 每一条消息采用分隔符,例如 \n,缺点需要转义
  4. 每一条消息分为 head 和 body,head 中包含 body 的长度

半包用短连接还是不好解决,因为接收方的缓冲区大小是有限的。固定长度数据包的大小不好把握,长度定的太大,浪费, 长度定的太小,对某些数据包又显得不够。固定分隔符处理字符数据比较合适,但如果内容本身包含了分隔符(字节数据常常会有此情况),那么就会解析错误。对netty而言,Netty 提供了多种方式来处理这些问题,就看你选择使用哪种方式处理粘包半包,要保证客户端与服务端配合处理,服务端根据与客户端协商的处理方案采用合适的解码器。

如下面的长度域解码器案例


import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.LengthFieldBasedFrameDecoder;
import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;
import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;public class NettyServerWithLengthField {private final int port;public NettyServerWithLengthField(int port) {this.port = port;}public void run() throws Exception {EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();try {ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();b.group(bossGroup, workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overridepublic void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {// 长度字段位于消息的第0个字节,长度为4字节,长度字段的值包含长度字段本身ch.pipeline().addLast(new LengthFieldBasedFrameDecoder(8192, 0, 4, 0, 4));ch.pipeline().addLast(new StringDecoder());ch.pipeline().addLast(new StringEncoder());ch.pipeline().addLast(new NettyServerHandler());}}).option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128).childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true);ChannelFuture f = b.bind(port).sync();f.channel().closeFuture().sync();} finally {workerGroup.shutdownGracefully();bossGroup.shutdownGracefully();}}public static void main(String[] args) throws Exception {new NettyServerWithLengthField(8080).run();}
}

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