手把手教你了解并解决TCP粘包问题

2023-03-26 14:54:39 5396人已围观 61已点赞 26人已收藏

简介本文向大家介绍一个C++实战项目：手把手教你了解并解决TCP粘包问题。通过该实战项目可以了解TCP粘包问题产生的原因及解决方式，具有一定的C++实战价值，感兴趣的朋友可以参考一下。

什么时候需要考虑粘包问题

1).如果利用tcp每次发送数据，就与对方建立连接，然后双方发送完一段数据后，就关闭连接，这样就不会出现粘包问题（因为只有一种包结构,类似于http协议）。关闭连接主要要双方都发送close连接（参考tcp关闭协议）。如：A需要发送一段字符串给B，那么A与B建立连接，然后发送双方都默认好的协议字符如"hello give me sth abour yourself"，然后B收到报文后，就将缓冲区数据接收,然后关闭连接，这样粘包问题不用考虑到，因为大家都知道是发送一段字符；

2).如果发送数据无结构，如文件传输，这样发送方只管发送，接收方只管接收存储就ok，也不用考虑粘包；

3).如果双方建立连接，需要在连接后一段时间内发送不同结构数据，如连接后，有好几种结构：

 1) "hello give me sth abour yourself" 
 2) "Don't give me sth abour yourself"

那这样的话，如果发送方连续发送这个两个包出去，接收方一次接收可能会是

hello give me sth abour yourselfDon't give me sth abour yourself

这样接收方就傻了，到底是要干嘛？不知道，因为协议没有规定这么诡异的字符串，所以要处理把它分包，怎么分也需要双方组织一个比较好的包结构，所以一般可能会在头加一个数据长度之类的包，以确保接收。

粘包问题出现原因

在流传输中出现，UDP不会出现粘包，因为它有消息保护边界。

1 发送端需要等缓冲区满才发送出去，造成粘包
2 接收方不及时接收缓冲区的包，造成多个包接收

粘包问题解决

为了避免粘包现象，可采取以下几种措施:

一是对于发送方引起的粘包现象，用户可通过编程设置来避免， TCP提供了强制数据立即传送的操作指令push ，TCP软件收到该操作指令后，就立即将本段数据发送出去，而不必等待发送缓冲区满；

二是对于接收方引起的粘包，则可通过优化程序设计、精简接收进程工作量、提高接收进程优先级等措施，使其及时接收数据，从而尽量避免出现粘包现象；

三是由接收方控制，将一包数据按结构字段，人为控制分多次接收，然后合并，通过这种手段来避免粘包。

以上提到的三种措施，都有其不足之处。

第一种编程设置方法虽然可以避免发送方引起的粘包，但它关闭了优化算法，降低了网络发送效率，影响应用程序的性能，一般不建议使用。

第二种方法只能减少出现粘包的可能性，但并不能完全避免粘包，当发送频率较高时，或由于网络突发可能使某个时间段数据包到达接收方较快，接收方还是有可能来不及接收，从而导致粘包。

第三种方法虽然避免了粘包，但应用程序的效率较低，对实时应用的场合不适合。

更为简洁的说法：

定包长

包尾加\r\n

包头加包体长度

网上说法：

个人比较喜欢的一种做法是给一帧数据加帧头帧尾，然后接收方不断接受并缓存收到的数据，根据帧头帧尾分离出一帧完整的数据，再分离各字段得到数据。

TCP粘包模拟程序

首先，我们先写个简单的TCP服务器端，实现方式可参考本站文章：《C++多线程实现TCP服务器端同时和多个客户端通信》，也可在文末下载源码，核心代码如下：

// 客户端通讯处理线程
DWORD WINAPI ThreadFun(LPVOID lpThreadParameter)
{
	SOCKET sock = (SOCKET)lpThreadParameter;
	cout << "客户端 " << sock << " 连接成功！" << endl;
	
	::Sleep(1000);
	char buf[] = "服务器：C++实战网(www.cppszw.com)\n";

	// 这里多次发送以便实现产生TCP粘包问题
	for (int i = 1; i < 11; ++i)
	{
		if (SendMsg(sock, buf))
		{
			printf("%d：发送数据成功......\n", i);		
		}
		else
		{
			printf("%d：发送数据失败......\n", i);
		}
	}

	while (1)
	{
		char recvBuf[100];
		memset(recvBuf, 0, sizeof(recvBuf));
		// 接收数据
		int ret = recv(sock, recvBuf, sizeof(recvBuf), 0);
		if (ret == SOCKET_ERROR || ret == 0)
		{
			cout << sock << "断开了连接！" << endl;
			break;
		}
		else
		{
			cout << sock << "  收到数据: " << recvBuf << endl;
		}
	}
	return 0;
}

// 发送数据
bool SendMsg(SOCKET sock, char* pMsg)
{
	if (INVALID_SOCKET == sock)
	{
		return false;
	}
	if (pMsg[0] == '\0')
	{
		return false;
	}

	bool bRet = true;
	if (SOCKET_ERROR == send(sock, pMsg, strlen(pMsg) + 1, 0))
	{
		bRet = false;
	}

	return bRet;
}

运行后截图如下：

C++TCP粘包问题解决,C++网络编程

然后，我们写个简单的TCP客户端，实现方式可参考本站文章：《MFC实现一个简单TCP服务端及客户端》，也可在文末下载源码，接收部分代码如下：

// 接收TCP消息
void CTCPClientDemoDlg::TCPReceiveService()
{
	char recv_buf[MSG_BUF_SIZE];
	while (m_tcpClientHelper.IsRunning())
	{
		memset(recv_buf, 0, MSG_BUF_SIZE);
		if (m_tcpClientHelper.RecvData(recv_buf, MSG_BUF_SIZE))
		{
			WriteLog("TCP消息 接收：%s", recv_buf);
		}
		else
		{
			WriteLog("系统检测到TCP异常断开...");
			DisConnect();
		}
	}
}

运行后截图如下：

C++TCP粘包问题解决,C++网络编程

点击连接，可以看到如下结果：

C++TCP粘包问题解决,C++网络编程

服务端显示已成功发送了10次数据，而客户端只接收显示了2次，原因就是 TCP出现了粘包，服务端代码中模拟产生了TCP粘包问题：

// 这里多次发送以便实现产生TCP粘包问题
for (int i = 1; i < 11; ++i)
{
	if (SendMsg(sock, buf))
	{
		printf("%d：发送数据成功......\n", i);		
	}
	else
	{
		printf("%d：发送数据失败......\n", i);
	}
}

为了验证确实是客户端因为 TCP出现了粘包导致数据收取错误，我们采用Wireshark抓包工具抓包结果如下：

C++TCP粘包问题解决,C++网络编程

可见，该模拟程序中TCP确实出现了粘包问题。

TCP粘包解决

只需要在TCP包头部增加一个结构来标识消息的长度即可，这里定义包头结构如下：

C++TCP粘包问题解决,C++网络编程

这样，我们修改TCP服务端发送消息代码如下：

// 发送数据
bool SendMsg(SOCKET sock, char* pMsg)
{
	if (INVALID_SOCKET == sock)
	{
		return false;
	}
	if (pMsg[0] == '\0')
	{
		return false;
	}

	// 消息体字节长度
	int iMsgLen = strlen(pMsg) + 1;
	BYTE sendMsgLen[4];
	memset(sendMsgLen, 0, 4);
	sendMsgLen[0] = (BYTE)(iMsgLen);
	sendMsgLen[1] = (BYTE)(iMsgLen >> 8);
	sendMsgLen[2] = (BYTE)(iMsgLen >> 16);
	sendMsgLen[3] = (BYTE)(iMsgLen >> 24);
	int iBytesLen = MSG_HEAD_SIZE + iMsgLen;
	// 字节拼接
	BYTE* pBData = new BYTE[iBytesLen];
	for (int i = 0; i < 6; ++i)
	{
		pBData[i] = m_sendHead[i];
	}
	for (int i = 0; i < 4; ++i)
	{
		pBData[6 + i] = sendMsgLen[i];
	}
	for (int i = 0; i < iMsgLen; ++i)
	{
		pBData[MSG_HEAD_SIZE + i] = pMsg[i];
	}

	bool bRet = true;
	if (SOCKET_ERROR == send(sock, (char*)pBData, iBytesLen, 0))
	{
		bRet = false;
	}
	delete[] pBData;
	return bRet;
}

客户端接收部分代码如下：

if (recv_buf[0] == 'c'&&recv_buf[1] == 'p'&&recv_buf[2] == 'p'&&recv_buf[3] == 's'&&recv_buf[4] == 'z'&&recv_buf[5] == 'w')
{
	int iPos = 0;
	while (iPos <= MSG_BUF_SIZE)
	{
		// 获取当前消息长度
		int iMsgLen = 0;
		memcpy(&iMsgLen, &recv_buf[iPos + 6], 4);
		int iPacketSize = iMsgLen + MSG_HEAD_SIZE;
		if (iPacketSize < MSG_BUF_SIZE - iPos)
		{
			ParseTCPMsg(recv_buf, iPos, iMsgLen);
			// 数据完整
			if (recv_buf[iPos + iPacketSize] == '\0')
			{
				break;
			}
			// 粘包 作拆包处理
			else
			{
				iPos += iPacketSize;
			}
		}
		else
		{
			// 拷贝到不完整包
			memcpy(&packet[iLen], &recv_buf[iPos], MSG_BUF_SIZE - iPos);
			iLen += (MSG_BUF_SIZE - iPos);
			break;
		}
	}
}