使用 libuv 实现高性能 C++ TCP 服务器（支持粘包拆包处理）【附完整代码】

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🔧 使用 libuv 实现高性能 C++ TCP 服务器（支持粘包拆包处理）【附完整代码】

本文关键词：libuv、C++、TCP服务器、粘包拆包、异步网络编程、跨平台网络库、TCP 消息边界处理

🧠 一、前言：为什么选择 libuv + C++？

在高并发网络开发中，TCP 粘包/拆包问题是绕不开的挑战。尤其当你构建一个跨平台、高性能的 C++ TCP 服务端程序时，libuv 是一个极具潜力的异步 IO 库。

本文将从 0 开始，教你如何基于 libuv 构建 TCP 服务器，并解决数据流中的 粘包与拆包问题。文末附带完整示例代码、测试用例，并适配 SEO 搜索需求。

📦 二、什么是 TCP 粘包和拆包？（含示意图）

🔍 粘包（Packet Sticking）：

多个小的数据包被合并成一个大的数据块一次性发送，接收端一次读入多个消息。

🔍 拆包（Packet Splitting）：

一个完整的数据包被拆分成若干个部分，接收端多次读入才能还原完整消息。

✨ 为什么会粘包/拆包？

因为 TCP 是面向字节流的协议，底层不保留数据边界。

示例：

客户端连续发送如下三条消息：

| len=5 | hello |
| len=5 | world |
| len=7 | libuv++|

服务端可能会一次性接收到：

| len=5 | hello | len=5 | wor

这就需要我们在服务端编写粘包拆包处理逻辑。

⚙️ 三、libuv TCP 编程基础（快速入门）

Libuv 是 Node.js 背后的异步事件驱动库，支持 epoll/kqueue/IOCP，广泛应用于高并发网络编程。

✅ 基本使用流程：

uv_loop_t* loop = uv_default_loop();
uv_tcp_t server;
uv_tcp_init(loop, &server);
uv_tcp_bind(&server, addr, 0);
uv_listen((uv_stream_t*)&server, SOMAXCONN, on_new_connection);

启动服务后，通过 uv_read_start() 异步接收数据。

🧱 四、消息协议设计：如何解决粘包拆包问题？

我们使用一种简单可靠的协议：定长包头 + 不定长包体。

| 4字节消息长度（大端序） | 实际消息体（长度为上面指定） |

✂️ 拆包逻辑：

读取前 4 字节：获取消息长度。
若缓冲区数据不足消息体长度：等待更多数据。
完整读取后进行消息处理。

这样即可有效避免粘包或拆包带来的困扰。

💡 五、完整 C++ 示例代码：libuv TCP 服务器 + 粘包拆包处理

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cstring>
#include <uv.h>

struct ClientContext {
    uv_tcp_t handle;
    std::vector<char> buffer;
};

uv_loop_t* loop;

void alloc_buffer(uv_handle_t* handle, size_t suggested_size, uv_buf_t* buf) {
    buf->base = new char[suggested_size];
    buf->len = suggested_size;
}

void on_client_closed(uv_handle_t* handle) {
    auto* context = static_cast<ClientContext*>(handle->data);
    delete context;
}

uint32_t read_uint32_be(const char* data) {
    return ((unsigned char)data[0] << 24) |
           ((unsigned char)data[1] << 16) |
           ((unsigned char)data[2] << 8) |
           ((unsigned char)data[3]);
}

void process_data(ClientContext* context) {
    auto& buf = context->buffer;

    while (buf.size() >= 4) {
        uint32_t msg_len = read_uint32_be(buf.data());
        if (buf.size() < 4 + msg_len) {
            return; // 等待更多数据
        }

        std::string msg(buf.begin() + 4, buf.begin() + 4 + msg_len);
        std::cout << "收到消息: " << msg << std::endl;

        // 移除已处理部分
        buf.erase(buf.begin(), buf.begin() + 4 + msg_len);
    }
}

void echo_read(uv_stream_t* client, ssize_t nread, const uv_buf_t* buf) {
    auto* context = static_cast<ClientContext*>(client->data);

    if (nread > 0) {
        context->buffer.insert(context->buffer.end(), buf->base, buf->base + nread);
        process_data(context);
    } else if (nread < 0) {
        uv_close((uv_handle_t*)client, on_client_closed);
    }

    delete[] buf->base;
}

void on_new_connection(uv_stream_t* server, int status) {
    if (status < 0) {
        std::cerr << "新连接出错: " << uv_strerror(status) << std::endl;
        return;
    }

    auto* context = new ClientContext;
    uv_tcp_init(loop, &context->handle);
    context->handle.data = context;

    if (uv_accept(server, (uv_stream_t*)&context->handle) == 0) {
        std::cout << "新客户端连接" << std::endl;
        uv_read_start((uv_stream_t*)&context->handle, alloc_buffer, echo_read);
    } else {
        uv_close((uv_handle_t*)&context->handle, on_client_closed);
    }
}

int main() {
    loop = uv_default_loop();

    uv_tcp_t server;
    uv_tcp_init(loop, &server);

    struct sockaddr_in addr;
    uv_ip4_addr("0.0.0.0", 7000, &addr);
    uv_tcp_bind(&server, (const struct sockaddr*)&addr, 0);

    int r = uv_listen((uv_stream_t*)&server, 128, on_new_connection);
    if (r) {
        std::cerr << "监听失败: " << uv_strerror(r) << std::endl;
        return 1;
    }

    std::cout << "服务器启动，监听端口 7000" << std::endl;
    return uv_run(loop, UV_RUN_DEFAULT);
}

🧪 六、TCP 粘包拆包测试方法（Python 客户端）

你可以使用以下 Python 脚本模拟 TCP 客户端进行粘包测试：

import socket, struct

s = socket.socket()
s.connect(('localhost', 7000))

def send_msg(msg):
    data = struct.pack(">I", len(msg)) + msg.encode()
    s.sendall(data)

send_msg("hello")
send_msg("world")
send_msg("libuv C++")

s.close()