在 TCP 传输中, 当我们使用长连接传输数据时, 由于传输频率快, 缓冲区不足等问题, 经常会产生断包, 粘包的问题, 本文将基于 java 讲述 TCP 协议中这两个问题的解决.
首先, 简单介绍一下粘包, 断包问题产生的原因:
粘包的产生: 粘包可能在服务端产生也可能在客户断产生. 提交数据给 tcp 发送时, TCP 并不立刻发送此段数据, 而是等待一小段时间, 看看在等待期间是否还有要发送的数据, 若有则会一次把这两段数据发送出去, 造成粘包; 另一端在接收到数据库后, 放到缓冲区中, 如果消息没有被及时从缓存区取走, 下次在取数据的时候可能就会出现一次取出多个数据包的情况, 造成粘包现象.
断包的产生: 使用 TCP 传送数据时, 有可能数据过大, 使得发送方缓冲区无法一次发送, 造成另一端只收到的数据不完整, 所以要等待数据完全接收到再解析数据.
粘包, 断包示例
以上均引用自:
要处理粘包和断包, 关键点是在传输的一帧数据中加入包头和包尾, 如果有需要可以加入帧长来表征数据长度.
废话不多说, 直接上代码, 首先, 建立 TCP 连接, 为长连接做准备.
- //1. 与设备建立连接
- Socket realDataSck = new Socket();
- SocketAddress socketAddress = new InetSocketAddress(deviceIp, devicePort);
- // 确保在网络不通畅或设备故障的情况下也能持续连接
- while (true) {
- try {
- realDataSck.connect(socketAddress, 2000);
- break;
- } catch (Exception e) {
- System.out.println("重连");
- realDataSck.close();
- realDataSck = new Socket();
- }
- }
- realDataSck.setSoTimeout(2000);
- //2. 准备请求
- OutputStream os = realDataSck.getOutputStream();
- InputStream is = realDataSck.getInputStream();
接下来是处理粘包, 断包的关键代码了:
- // 开启一个队列用于存放 TCP 数据
- List<Byte> queueFinal = new LinkedList<Byte>();
- // 定义包头包尾
- byte[] head = {-54, -53, -52, -51};
- byte[] tail = {-22, -21, -20, -19, 97, 103, 92, 20, -119, -58};
- int headIndex = -1;
- int tailIndex = -1;
- os.write("ff".getBytes());
- //3. 建立长连接
- while (true) {
- // 判断远端服务器是否断开连接了
- if (!isServerClose(realDataSck)) {
- //3. 接收雷达返回的数据
- // 判断输入流是否有数据, 如果没有则等待 10ms
- if (is.available()> 0) {
- int len = is.available();
- byte buf[] = new byte[len];
- is.read(buf, 0, len);
- // 将数据全部存入临时缓冲区
- for (byte b : buf) {
- queueFinal.add(b);
- }
- //4. 处理断包, 粘包
- while (true) {
- headIndex = RadarUtil.indexOfArray(queueFinal, head);
- tailIndex = RadarUtil.indexOfArray(queueFinal, tail);
- if (headIndex>= 0 && tailIndex>= 0 && headIndex <tailIndex) {
- byte[] bytesFinal = new byte[tailIndex + 10 - headIndex];
- // 找到了包头包尾, 则提取出一帧放入字节缓冲区, 如有多帧数据直接覆盖, 同时扔掉队列缓冲区中包头前的多余字节
- for (int i = 0; i < headIndex; i++) {
- queueFinal.remove(0);
- }
- for (int i = 0; i < bytesFinal.length; i++) {
- bytesFinal[i] = queueFinal.get(0);
- queueFinal.remove(0);
- }
- // 解析雷达数据并存入数据库
- operateRealTimeData(interSectionId, dir, deviceNo, lanes, deviceIp, devicePort, conn, stmt, bytesFinal);
- // 粘包, 即包尾后还有内容, 如果没有粘包则继续发送 tcp 请求收取下一帧数据
- if (queueFinal.size()> 0) {
- System.out.println("粘包了");
- } else {
- Thread.sleep(60);
- os.write("ff".getBytes());
- break;
- }
- } else if (headIndex>= 0 && tailIndex == -1 || headIndex == -1 && tailIndex == -1) {
- // 断包, 即接收到的包不完整, 则跳出内圈循环, 进入外圈循环, 从输入流中继续读取数据
- System.out.println("断包了");
- Thread.sleep(10);
- break;
- } else if ((headIndex == -1 && tailIndex>= 0) || headIndex> tailIndex) {
- // 残包, 即只找到包尾或包头在包尾后面, 则扔掉队列缓冲区中包尾及其之前的多余字节
- System.out.println("残包了");
- for (int i = 0; i <tailIndex + 10; i++) {
- queueFinal.remove(0);
- }
- // 如果扔掉后队列缓冲区中为空, 则可以直接进行下一轮 tcp 请求, 否则跳出内圈循环, 进入外圈循环, 从输入流中继续读取数据
- if (queueFinal.size() == 0) {
- Thread.sleep(60);
- os.write("ff".getBytes());
- break;
- }
- }
- }
- } else {
- Thread.sleep(10);
- }
- } else {
- // 如果断开了, 持续重连
- Thread.sleep(1000);
- os.close();
- realDataSck.close();
- realDataSck = new Socket();
- socketAddress = new InetSocketAddress(deviceIp, devicePort);
- // 确保在网络不通畅或雷达设备故障的情况下也能持续连接
- while (true) {
- try {
- realDataSck.connect(socketAddress, 2000);
- break;
- } catch (Exception e) {
- System.out.println("重连");
- realDataSck.close();
- realDataSck = new Socket();
- }
- }
- realDataSck.setSoTimeout(2000);
- os = realDataSck.getOutputStream();
- is = realDataSck.getInputStream();
- queueFinal = new LinkedList<Byte>();
- }
- }
在上述代码中, 首先, 定义一个队列缓冲区用于存放数据, 并记录你的包头包尾. 随后, 通过外圈的 while 语句建立长连接, 当判断出远端服务器仍然连接着, 便去读取输入流中接收的数据, 否则持续重连, 由于无关题目不再赘述.
处理粘包, 断包的思路大致如下, 先是将输入流接到的数据放入队列缓冲区, 随后进入内圈 while 循环, 从队列中找包头包尾, 根据找包头包尾的情况来判断数据帧是否发生粘包, 断包.
此时, 可能会有以下多种情况:
1, 找到了包头包尾, 且包头在包尾之前形成了完整的一帧, 此时即可将此帧从队列中拿出来扔到你的后续环节中处理. 如果此时包头前有数据无法形成完整一帧, 则可以直接扔掉; 包尾后有数据说明发生粘包, 应继续内圈循环, 判断发生粘包的数据是否能形成一帧.
2, 找到了包头却没有包尾, 又或者包头包尾都找不到, 此时可以统一处理, 直接跳出内圈循环, 到外圈循环里, 从输入流中继续读取数据直至形成完整一帧.
3, 找到了包尾却没有包头, 此时这一帧为残包, 可以扔掉队列缓冲区中包尾及其之前的多余字节.
以上, 基本可以处理粘包, 断包的问题了, 代码中都有详细注释.
GitHub 传送地址:
具体代码路径: src/com/djj/middleware/utils/RadarUtil.java
若有错误烦请指出, 有地方不理解欢迎讨论.
来源: http://www.jianshu.com/p/b5da1333e354