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Golang网络编程(三):解决粘包问题

一、概述

前面已经完成了一个完美的多并发CS模型,但美中不足的是没有解决粘包问题。

1.1 什么是粘包问题?

在网络传输中,数据都是通过数据流来传输的,也就是以比特来传输。传输的过程中我们可能会遇到各种各样的问题导致数据传输异常,最常见的就是网络发送时延。网络时延会导致服务端此时收到的数据的时间有偏差,然后就导致数据接收数据的时间不一致。

可以看一个例子,修改上篇的服务端和客户端为以下内容:

for { data := make([]byte, 2048) n, err := conn.Read(data) if n == 0{ fmt.Printf("%s has disconnect", conn.RemoteAddr()) break } if err != nil{ fmt.Println(err) continue } //fmt.Printf("Receive data [%s] from [%s]", string(data[:n]), conn.RemoteAddr()) //修改上句为下面的 fmt.Printf("Receive %d byte data : %s", n, string(data[:n])) //程序睡眠1ns,模拟网络时延 time.Sleep(time.Nanosecond) }

客户端改为以下:

func main(){ conn, err := net.Dial("tcp", ":8899") if err != nil{ fmt.Println(err) return } for i := 0; i < 100; i++{ data := fmt.Sprintf("{"index":%d, "name":"maqian", "age":21, "company":"intely"}", i + 1) n, err := conn.Write([]byte(data)) if err != nil{ fmt.Println(err) continue } fmt.Printf("Send %d byte data : %s ", n, data) } }

以上我们发送了100条json到服务端,按照预想服务端将会输出100行json,但是实际上并不是:

VAnK4f.png

这个现象产生的原因是因为服务端每次读取数据之后将会休眠1ns,但是对于客户端来说,这1ns它还在一直传输数据,1ns的时间可能 发送了1条,也可能是2条,这个数量我们不知道是多少,也无法控制。于是就导致数据堆积,服务端再读取就会出问题了。与此同时,由于缓冲区有限,一次最多读取2048个字节,堆积的字节超过2048的也无法读取,只能留到下次读取,这种现象就是粘包问题。

二、解决办法

上面抛出了粘包的问题后,现在就要开始想办法处理了,怎么处理呢?这里就需要用到协议了,协议就是双方约定好的数据包格式, 让服务端知道从哪里开始读,读到哪里结束,这样就不会出错了。实现这个协议最简单的办法就是加上一个协议头和一个数据包长度 。

假设现在要发送[0x11, 0x22, 0x33],约定协议头为[0xaa, 0xbb],由于发送数据的长度是三个字节,所以经过客户端封装之后的数据就变成了[0xaa, 0xbb, 0x03, 0x11, 0x22, 0x33]

服务端收到数据后,先找[0xaa, 0xbb]的位置,然后根据他们的位置得到数据长度为3,于是再往后读三个字节就是真正的的数据 部分了。

三、实现

指定好了协议之后就可以开始实现了,为了方便,直接把这里写成一个对象:

type SocketUtil struct { Coon net.Conn }

包头的定义:

type PkgHeader struct { HeaderFlag [2]byte DataLength uint32 }

包头包括协议头和数据长度,共六个字节。

3.1 数据发送时的封装

func (fd *SocketUtil) WritePkg(data []byte)(int, error){ if fd == nil { return -1, errors.New(SOCKET_ERROR_SERVER_CLOSED) } if len(data) == 0{ return 0, nil } buff := bytes.NewBuffer([]byte{}) binary.Write(buff, binary.BigEndian, []byte{0xaa, 0xbb}) //添加协议头 binary.Write(buff, binary.BigEndian, uint32(len(data))) //添加长度 binary.Write(buff, binary.BigEndian, data) //数据部分 allBytes := buff.Bytes() return fd.writeNByte(allBytes) }

writeByte()的实现

func (fd *SocketUtil) writeNByte(data []byte)(int, error){ n, err := fd.Coon.Write(data) if err != nil{ return -1, err }else{ return n, nil } }

3.2 接收数据时解包

func (fd *SocketUtil) ReadPkg()([]byte, error){ if fd == nil || fd.Coon == nil{ return nil, errors.New(SOCKET_ERROR_SERVER_CLOSED) } head, err := fd.readHead() //先读取数据头 if err != nil{ return nil, err } //数据头和约定不一样,报错 if head.HeaderFlag != [2]byte{0xaa, 0xbb}{ return nil, errors.New("Head package error") } //读取指定长度的数据 datas, err := fd.readNByte(head.DataLength) if err != nil{ return nil, err } return datas, nil }

readHead()的实现:

func (fd *SocketUtil) readHead()(*PkgHeader, error){ data, err := fd.readNByte(HeaderLength) if err != nil{ return nil, err } h := PkgHeader{} buff := bytes.NewBuffer(data) binary.Read(buff, binary.BigEndian, &h.HeaderFlag) //读取0xaa 0xbb连个字节 binary.Read(buff, binary.BigEndian, &h.DataLength) //读取四个字节的长度 return &h, nil }

readNByte()的实现:

func (fd * SocketUtil) readNByte(n uint32)([]byte, error){ data := make([]byte, n) for x := 0; x < int(n) ;{ length, err := fd.Coon.Read(data[x:]) //有数据则读,没有则阻塞 if length == 0{ return nil, errors.New(SOCKET_ERROR_CLIENT_CLOSED) } if err != nil{ return nil, err } x += length } return data, nil }

3.3 完整代码

package common import ( "net" "errors" "bytes" "encoding/binary" ) type PkgHeader struct { HeaderFlag [2]byte DataLength uint32 } const( HeaderLength = 6 ) const( SOCKET_ERROR_CLIENT_CLOSED = "Client has been closed" SOCKET_ERROR_SERVER_CLOSED = "Server has been closed" SOCKET_ERROR_TIMEOUT = "Timeout" ) type SocketUtil struct { Conn net.Conn } func (fd *SocketUtil) Init(conn net.Conn){ fd.Conn = conn } func (fd *SocketUtil) WritePkg(data []byte)(int, error){ if fd == nil { return -1, errors.New(SOCKET_ERROR_SERVER_CLOSED) } if len(data) == 0{ return 0, nil } buff := bytes.NewBuffer([]byte{}) binary.Write(buff, binary.BigEndian, []byte{0xaa, 0xbb}) binary.Write(buff, binary.BigEndian, uint32(len(data))) binary.Write(buff, binary.BigEndian, data) allBytes := buff.Bytes() return fd.writeNByte(allBytes) } func (fd *SocketUtil) ReadPkg()([]byte, error){ if fd == nil || fd.Conn == nil{ return nil, errors.New(SOCKET_ERROR_SERVER_CLOSED) } head, err := fd.readHead() if err != nil{ return nil, err } if head.HeaderFlag != [2]byte{0xaa, 0xbb}{ return nil, errors.New("Head package error") } datas, err := fd.readNByte(head.DataLength) if err != nil{ return nil, err } return datas, nil } func (fd *SocketUtil) readHead()(*PkgHeader, error){ data, err := fd.readNByte(HeaderLength) if err != nil{ return nil, err } h := PkgHeader{} buff := bytes.NewBuffer(data) binary.Read(buff, binary.BigEndian, &h.HeaderFlag) binary.Read(buff, binary.BigEndian, &h.DataLength) return &h, nil } func (fd * SocketUtil) readNByte(n uint32)([]byte, error){ data := make([]byte, n) for x := 0; x < int(n) ;{ length, err := fd.Conn.Read(data[x:]) if length == 0{ return nil, errors.New(SOCKET_ERROR_CLIENT_CLOSED) } if err != nil{ return nil, err } x += length } return data, nil } func (fd *SocketUtil) writeNByte(data []byte)(int, error){ n, err := fd.Conn.Write(data) if err != nil{ return -1, err }else{ return n, nil } } func (fd *SocketUtil) Close(){ fd.Conn.Close() }

四、服务端

package main import ( "net" "fmt" "网络编程/并发/common" ) func handle(conn net.Conn){ defer conn.Close() fmt.Println("Connect :", conn.RemoteAddr()) fd := common.SocketUtil{conn} for { data, err := fd.ReadPkg() //读取数据 if err != nil{ fmt.Println(err) break } fmt.Println(string(data)) } } func main(){ listener, err := net.Listen("tcp", ":8899") if err != nil{ fmt.Println(err) return } fmt.Println("Start listen localhost:8899") for { conn, err := listener.Accept() if err != nil{ fmt.Println(err) return } go handle(conn) } }

五、客户端

package main import ( "net" "fmt" "网络编程/并发/common" ) func main(){ conn, err := net.Dial("tcp", ":8899") if err != nil{ fmt.Println(err) return } clntFd := common.SocketUtil{conn} for i := 0; i &lt; 100; i++{ data := fmt.Sprintf("{"index":%d, "name":"maqian", "age":21, "company":"intely"}", i + 1) n, err := clntFd.WritePkg([]byte(data)) if err != nil{ fmt.Println(err) return } fmt.Printf("Send %d byte data : %s ", n, data) } }

六、运行

运行服务端再运行客户端就会发现,已经不和之前的一样了,整整齐齐,perfect!

VAulIx.png

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