Netty权威指南（四）TCP粘包/拆包问题

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上一章介绍了Netty的入门应用：
Netty权威指南（三）Netty入门应用

一、介绍

熟悉TCP编程的读者可能都知道，无论是服务端还是客户端，当我们读取或者发送消息的时候，都需要考虑TCP底层的粘包/拆包机制。

TCP是个流的协议，所谓流就是没有界限的一串数据，大家可以想想河里的水，他们是连成一片的，其间并没有分界线。TCP底层并不了解上层业务数据的具体含义，它会根据TCP缓冲区的实际情况进行包的划分。所以在业务上认为，一个完整的包可能会被TCP拆分成多个包进行发送，也可能会把多个小的包封装成一个大的数据包发送，这就是所谓的TCP粘包/拆包问题。

1.1 TCP粘包/拆包问题说明

假设客户端分别发送了两个数据包D1和D2给服务端，由于服务端一次读取到的字节数不是确定的，故可能存在四种情况：

1. 服务端分两次读取到两个独立的包，分别是D1和D2，没有粘包和拆包。
2. 服务端一次接受到两个数据包，D1和D1粘合在一起，被称为TCP粘包。
3. 服务端分两次接收到了两个数据包，第一次读取到了完成的D1包和D2包的部分内容，第二次读取到了D2包的剩余内容，这被称为TCP的拆包。
4. 服务端分两次接受到了两个数据包，第一次读取到了D1包的部分内容D1-1，第二次读取到了D1包的剩余内容D1-2和D2包的整包。

如果此时服务端TCP接收滑窗非常小，而数据包D1和D2比较大，很有可能会发生第五中可能 ，即服务端分多次才能将D1和D2包完全接收，期间发生多次拆包。

1.2 TCP粘包/拆包发生的原因

1. 应用程序write写入的字节大小大于套接字发送缓冲区大小。
2. 进行MSS大小的TCP分段。
3. 以太网帧的payload大于MTU进行IP分段。

1.3 粘包问题的解决策略

由于底层的TCP无法理解业务上层的业务数据，所以在地城无法保证数据包不被拆分和重组。这个问题只能通过上层的应用协议栈设计来解决，根据业界的主流协议的解决方案，可以归纳如下：

1. 消息定长，例如每个报文的大小为固定长度200字节，如果不够，空位补空格。
2. 在包尾增加回车换行符进行分割，例如FTP协议。
3. 将消息分为消息头和消息体，消息头中包含表示消息总长度（或者消息体长度）的字段，通常设计思路为消息头的第一个字段使用int32来表示消息的总长度。
4. 更复杂的应用层协议。

下面我们就通过实际案例来看看如何使用Netty提供的半包解码器来解决TCP粘包/拆包问题。

二、未考虑TCP粘包导致的功能异常案例

2.1 TimeServerHandler的改造

package com.lsh.netty;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerAdapter;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;

import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.util.Date;

/**
 * @author ：LiuShihao
 * @date ：Created in 2021/3/8 12:39 下午
 * @desc ：未考虑TCP粘包导致的功能异常案例
 */
public class TimeServerHandler extends ChannelHandlerAdapter {
   
    
    private int counter;
    
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws UnsupportedEncodingException {
   
        ByteBuf buf = (ByteBuf)