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Socket TCP协议解决粘包、半包问题的三种解决方案

TCP协议解决方案 问题 解决 三种 socket 粘包
2023-06-13 09:11:38 时间

什么是粘包、半包问题：

粘包：例如服务端依次将两条消息发送给客户端，我们暂且简单的将这两条消息举例为"Hello"、"Unity"，而客户端一次性读取到的内容却是"HelloUnity"，像这种一次性读取到两条消息中数据内容的情况称之为粘包。

半包：例如服务端发送消息"Hello"给客户端，而客户端依次读取到"Hel"，"lo"两条消息，这种情况称之为半包。

粘包、半包发生的原因：

粘包：消息发送方发送完完整的消息后，接收方没有及时处理(比如网络开小差，未能及时读取消息)，数据滞留于缓冲区，此时发送方又继续发送了其他消息，那么接收方下次在缓冲区读取时，一次性读取到大于一条消息数据造成粘包。

半包：发送方发送消息数据大小为512字节，而接收方缓冲区剩余已不足512字节，造成半包。

究其根本原因，TCP为流式协议，消息不存在边界。

解决方案：

1.固定长度法：服务端和客户端规定固定长度的缓冲区，当消息数据长度不足时，使用规定的填充字符进行填充。弊端：增加了不必要的数据传输，造成网络传输负担，不建议使用。

2.结束标识法：在包体尾部增加标识符表示一条完整的消息数据已经结束。弊端：若消息体本身包含该标识符需要做转义处理，因此效率依然不高。

3.长度信息法：将包体分为消息头+消息体，消息头中信息为消息体的长度，接收方通过该长度信息读取后面指定长度的内容，需要注意的是需限制可能的最大长度从而规定长度占用字节数。该方法为处理粘包半包问题的常用方法。核心代码：

发送端：

//将发送的内容转化为字节数据
byte[] bytes = Encoding.Default.GetBytes(content);
//消息体长度
Int16 length = (Int16)bytes.Length;
//消息头长度
byte[] lengthBytes = BitConverter.GetBytes(length);
//发送的包体 = 消息头 + 消息体
byte[] sendBytes = lengthBytes.Concat(bytes).ToArray();
//发送
socket.Send(sendBytes);

接收端：

//接收数据缓冲区
byte[] readBuffer = new byte[1024];
//接收缓冲区的数据长度
int bufferCount = 0;

bufferCount用于记录缓冲区中的有效数据长度，BeginReceive从缓冲区bufferCount的位置开始写入，缓冲区长度为1024，那么可写入的剩余量为1024 - bufferCount

socket.BeginReceive(readBuffer,             //接收缓冲区
                    bufferCount,            //开始位置
                    1024 - bufferCount,     //最多读取的数据长度
                    0,                      //标志位
                    ReceiveCallback,        //接收数据回调函数
                    socket);

在收到新数据后，需要在回调函数中更新bufferCount，以便在下次接收数据时，写入到缓冲区中有效数据的后面。

Socket socket = (Socket)ar.AsyncState;
//接收数据的长度
int count = socket.EndReceive(ar);
bufferCount += count;

因为使用了Int16表示消息长度，所以缓冲区中至少有2个字节以上的数据时才去读取并处理，如果小于2，不足以解析出长度信息，如果大于2但小于消息长度+2，表示不足以读取到完整消息。

if (bufferCount <= 2) return;
Int16 length = BitConverter.ToInt16(readBuffer, 0);
if (bufferCount < length + 2) return;
//代码执行到此处表示已经有完整的消息，进行处理
string content = Encoding.UTF8.GetString(readBuffer, 2, length);

完整消息读取后，将缓冲区的后续数据向前移位，更新缓冲区。

int startIndex = 2 + length;
int count = bufferCount - startIndex;
Array.Copy(readBuffer, startIndex, readBuffer, 0, count);
bufferCount -= startIndex;

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