c#解決TCP“粘包”問題

来源:http://www.cnblogs.com/wangjun8868/archive/2017/07/13/7160661.html
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一:TCP粘包產生的原理 1,TCP粘包是指發送方發送的若幹包數據到接收方接收時粘成一包,從接收緩衝區看,後一包數據的頭緊接著前一包數據的尾。出現粘包現象的原因是多方面的,它既可能由發送方造成,也可能由接收方造成。 2,發送方引起的粘包是由TCP協議本身造成的,TCP為提高傳輸效率,發送方往往要收集 ...


一:TCP粘包產生的原理

1,TCP粘包是指發送方發送的若幹包數據到接收方接收時粘成一包,從接收緩衝區看,後一包數據的頭緊接著前一包數據的尾。出現粘包現象的原因是多方面的,它既可能由發送方造成,也可能由接收方造成。

2,發送方引起的粘包是由TCP協議本身造成的,TCP為提高傳輸效率,發送方往往要收集到足夠多的數據後才發送一包數據。若連續幾次發送的數據都很少,通常TCP會根據優化演算法把這些數據合成一包後一次發送出去,這樣接收方就收到了粘包數據。接收方引起的粘包是由於接收方用戶進程不及時接收數據,從而導致粘包現象。

3,這是因為接收方先把收到的數據放在系統接收緩衝區,用戶進程從該緩衝區取數據,若下一包數據到達時前一包數據尚未被用戶進程取走,則下一包數據放到系統接收緩衝區時就接到前一包數據之後,而用戶進程根據預先設定的緩衝區大小從系統接收緩衝區取數據,這樣就一次取到了多包數據。、

二:解決原理及代碼實現

1,採用包頭(固定長度,裡面存著包體的長度,發送時動態獲取)+包體的傳輸機制。如圖

HeaderSize 存放著包體的長度,其HeaderSize本身是定長4位元組;

一個完整的數據包(L)=HeaderSize+BodySize;

2,分包演算法

  其基本思路是首先將待處理的接收數據流即系統緩衝區數據(長度設為M)強行轉換成預定的結構數據形式,並從中取出結構數據長度欄位L,而後根據包頭計算得到第一包數據長度。

       M=系統緩衝區大小;L=用戶發送的數據包=HeaderSize+BodySize;

  1)若L<M,則表明數據流包含多包數據,從其頭部截取若幹個位元組存入臨時緩衝區,剩餘部分數據依此繼續迴圈處理,直至結束。

     

  2)若L=M,則表明數據流內容恰好是一完整結構數據(即用戶自定義緩衝區等於系統接收緩衝區大小),直接將其存入臨時緩衝區即可。

      

  3)若L>M,則表明數據流內容尚不夠構成一完整結構數據,需留待與下一包數據合併後再行處理。

        

      4)下麵是代碼代碼實現(HP-SOCKET框架的伺服器端來接收數據)

int headSize = 4;//包頭長度 固定4
        byte[] surplusBuffer = null;//不完整的數據包,即用戶自定義緩衝區
        /// <summary>
        /// 接收客戶端發來的數據
        /// </summary>
        /// <param name="connId">每個客戶的會話ID</param>
        /// <param name="bytes">緩衝區數據</param>
        /// <returns></returns>
        private HandleResult OnReceive(IntPtr connId, byte[] bytes) 
        {
            //bytes 為系統緩衝區數據
            //bytesRead為系統緩衝區長度
            int bytesRead = bytes.Length;
            if (bytesRead > 0)
            {
                if (surplusBuffer == null)//判斷是不是第一次接收,為空說是第一次
                    surplusBuffer = bytes;//把系統緩衝區數據放在自定義緩衝區裡面
                else
                    surplusBuffer = surplusBuffer.Concat(bytes).ToArray();//拼接上一次剩餘的包
                //已經完成讀取每個數據包長度
                int haveRead = 0;
                //這裡totalLen的長度有可能大於緩衝區大小的(因為 這裡的surplusBuffer 是系統緩衝區+不完整的數據包)
                int totalLen = surplusBuffer.Length;
                while (haveRead <= totalLen)
                {
                    //如果在N此拆解後剩餘的數據包連一個包頭的長度都不夠
                    //說明是上次讀取N個完整數據包後,剩下的最後一個非完整的數據包
                    if (totalLen - haveRead < headSize)
                    {
                        byte[] byteSub = new byte[totalLen - haveRead];
                        //把剩下不夠一個完整的數據包存起來
                        Buffer.BlockCopy(surplusBuffer, haveRead, byteSub, 0, totalLen - haveRead);
                        surplusBuffer = byteSub;
                        totalLen = 0;
                        break;
                    }
                    //如果夠了一個完整包,則讀取包頭的數據
                    byte[] headByte = new byte[headSize];
                    Buffer.BlockCopy(surplusBuffer, haveRead, headByte, 0, headSize);//從緩衝區里讀取包頭的位元組
                    int bodySize = BitConverter.ToInt32(headByte, 0);//從包頭裡面分析出包體的長度

                    //這裡的 haveRead=等於N個數據包的長度 從0開始;0,1,2,3....N
                    //如果自定義緩衝區拆解N個包後的長度 大於 總長度,說最後一段數據不夠一個完整的包了,拆出來保存
                    if (haveRead + headSize + bodySize > totalLen)
                    {
                        byte[] byteSub = new byte[totalLen - haveRead];
                        Buffer.BlockCopy(surplusBuffer, haveRead, byteSub, 0, totalLen - haveRead);
                        surplusBuffer = byteSub;
                        break;
                    }
                    else
                    {
                        //挨個分解每個包,解析成實際文字
                        String strc = Encoding.UTF8.GetString(surplusBuffer, haveRead + headSize, bodySize);
                        //AddMsg(string.Format(" > [OnReceive] -> {0}", strc));
                        //依次累加當前的數據包的長度
                        haveRead = haveRead + headSize + bodySize;
                        if (headSize + bodySize == bytesRead)//如果當前接收的數據包長度正好等於緩衝區長度,則待拼接的不規則數據長度歸0
                        {
                            surplusBuffer = null;//設置空 回到原始狀態
                            totalLen = 0;//清0
                        }
                    }
                }
            }
            return HandleResult.Ok;
        }

 

值此完成拆包解析文字工作。但實際上還沒完成,如果這段代碼是客戶端接收來自伺服器的數據的話就沒問題了。

仔細看IntPtr connId 每個連接的會話ID

private HandleResult OnReceive(IntPtr connId, byte[] bytes)

{

}

但是伺服器端還要分辨出 每個數據包是哪個會話產生的,因為伺服器端是多線程,多用戶的模式,第一個數據包和第二個可能來自不同會話的數據,所以上面的代碼只適用於單會話模式。

下麵我要解決這個問題。

採用c#安全的ConcurrentDictionary,具體參考 https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/dd287191(v=vs.110).aspx

最新的代碼

 

//線程安全的字典
        ConcurrentDictionary<IntPtr, byte[]> dic = new ConcurrentDictionary<IntPtr, byte[]>();
        int headSize = 4;//包頭長度 固定4
        /// <summary>
        /// 接收客戶端發來的數據
        /// </summary>
        /// <param name="connId">每個客戶的會話ID</param>
        /// <param name="bytes">緩衝區數據</param>
        /// <returns></returns>
        private HandleResult OnReceive(IntPtr connId, byte[] bytes) 
        {
            //bytes 為系統緩衝區數據
            //bytesRead為系統緩衝區長度
            int bytesRead = bytes.Length;
            if (bytesRead > 0)
            {
                byte[] surplusBuffer = null;
                if (dic.TryGetValue(connId, out surplusBuffer))
                {
                    byte[] curBuffer = surplusBuffer.Concat(bytes).ToArray();//拼接上一次剩餘的包
                    //更新會話ID 的最新位元組
                    dic.TryUpdate(connId, curBuffer, surplusBuffer);
                    surplusBuffer = curBuffer;//同步
                }
                else
                {
                    //添加會話ID的bytes
                    dic.TryAdd(connId, bytes);
                    surplusBuffer = bytes;//同步
                }

                //已經完成讀取每個數據包長度
                int haveRead = 0;
                //這裡totalLen的長度有可能大於緩衝區大小的(因為 這裡的surplusBuffer 是系統緩衝區+不完整的數據包)
                int totalLen = surplusBuffer.Length;
                while (haveRead <= totalLen)
                {
                    //如果在N此拆解後剩餘的數據包連一個包頭的長度都不夠
                    //說明是上次讀取N個完整數據包後,剩下的最後一個非完整的數據包
                    if (totalLen - haveRead < headSize)
                    {
                        byte[] byteSub = new byte[totalLen - haveRead];
                        //把剩下不夠一個完整的數據包存起來
                        Buffer.BlockCopy(surplusBuffer, haveRead, byteSub, 0, totalLen - haveRead);
                        dic.TryUpdate(connId, byteSub, surplusBuffer);
                        surplusBuffer = byteSub;
                        totalLen = 0;
                        break;
                    }
                    //如果夠了一個完整包,則讀取包頭的數據
                    byte[] headByte = new byte[headSize];
                    Buffer.BlockCopy(surplusBuffer, haveRead, headByte, 0, headSize);//從緩衝區里讀取包頭的位元組
                    int bodySize = BitConverter.ToInt32(headByte, 0);//從包頭裡面分析出包體的長度

                    //這裡的 haveRead=等於N個數據包的長度 從0開始;0,1,2,3....N
                    //如果自定義緩衝區拆解N個包後的長度 大於 總長度,說最後一段數據不夠一個完整的包了,拆出來保存
                    if (haveRead + headSize + bodySize > totalLen)
                    {
                        byte[] byteSub = new byte[totalLen - haveRead];
                        Buffer.BlockCopy(surplusBuffer, haveRead, byteSub, 0, totalLen - haveRead);
                        dic.TryUpdate(connId, byteSub, surplusBuffer);
                        surplusBuffer = byteSub;
                        break;
                    }
                    else
                    {
                        //挨個分解每個包,解析成實際文字
                        String strc = Encoding.UTF8.GetString(surplusBuffer, haveRead + headSize, bodySize);
                        AddMsg(string.Format(" > {0}[OnReceive] -> {1}", connId, strc));
                        //依次累加當前的數據包的長度
                        haveRead = haveRead + headSize + bodySize;
                        if (headSize + bodySize == bytesRead)//如果當前接收的數據包長度正好等於緩衝區長度,則待拼接的不規則數據長度歸0
                        {
                            byte[] xbtye=null;
                            dic.TryRemove(connId, out xbtye);
                            surplusBuffer = null;//設置空 回到原始狀態
                            totalLen = 0;//清0
                        }
                    }
                }
            }
            return HandleResult.Ok;
        }

這樣就解決了,多客戶端會話造成的接收混亂。至此所有工作完成。以上代碼就是為了參考學習,如果實在不想這麼麻煩。可以直接使用HP-SOCKET通信框架的PACK模型,裡面自動實現瞭解決粘包的問題。 


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