Android P解决Socket通信Tcp粘包问题

落日映苍穹つ 2022-01-07 03:23 354阅读 0赞

TCP协议是一个面向流的协议，所以他会出现粘包的问题。

TCP和UDP的调查请参考：  
[《Android中关于TCP socket通信数据大小，内存缓冲区和数据可靠性的一点调查》][Android_TCP socket]

### 一、TCP服务端和客户端代码实现 ###

客户端代码实现  
连接服务器的代码：

protected void connectServerWithTCPSocket() { 
       boolean bRun = true;
       try { 
           // 创建一个Socket对象，并指定服务端的IP及端口号
           // 本地回路ip:127.0.0.0
           mSocket = new Socket("127.0.0.1", 9897);
       } catch (UnknownHostException e) { 
           e.printStackTrace();
       } catch (IOException e) { 
           e.printStackTrace();
       }
    }

服务端代码实现  
在服务端实现对数据的接收：

public void createTcpServerSocket() { 
      // 声明一个ServerSocket对象
      ServerSocket serverSocket = null;
      boolean bRun = true;
    
      try { 
          // 创建一个ServerSocket对象，并让这个Socket在8919端口监听
          Log.i(TAG,"new ServerSocket");
          serverSocket = new ServerSocket(9897);
          Log.i(TAG,"new ServerSocket,serverSocket=" + serverSocket);
    
          // 调用ServerSocket的accept()方法，接受客户端所发送的请求，
          // 如果客户端没有发送数据，那么该线程就停滞不继续
          Socket socket = serverSocket.accept();
          Log.i("sunxiaolin ServerSocket","serverSocket receive data");
    
          //文本传输
          // 从Socket当中得到InputStream对象
          InputStream inputStream = socket.getInputStream();
          byte buffer[] = new byte[1024];
          int temp = 0;
          int length = 0;
          // 从InputStream当中读取客户端所发送的数据,阻塞状态
          // 从缓冲区读出客户端发送的数据
          while ((temp = inputStream.read(buffer)) != -1) { 
              //System.out.println(new String(buffer, 0, temp));
              length += temp;
              Log.i("tcp socket server","recevie buffer=" + printHexBinary(buffer));
          }
      } catch (IOException e) { 
          e.printStackTrace();
      }
    }

### 二、TCP粘包问题重现 ###

粘包只有在快速发送多个包的时候才会出现。

循环发送20次数据：

for(int i=0; i<20; i++){ 
        String title;
        if(i%2 == 0){ 
            title = "aaa";
        }else{ 
            title = "bbb";
        }
        //发送字符串的数据
        sendMusicData(0x01,title.getBytes());
    }

发送数据的代码：

public static void sendMusicData(int frameId,byte[] data) { 
        if( mSocket != null){ 
    		//size为长度
            int size = size = data.length;
            byte buffer[] = new byte[8 + size];
            buffer[0] = (byte)0xA6;
            buffer[1] = 0x6A;
            buffer[2] = 0x03;
            buffer[3] = (byte)((size & 0xff000000) >> 24);
            buffer[4] = (byte)((size & 0x00ff0000) >> 16);
            buffer[5] = (byte)((size & 0x0000ff00) >> 8);
            buffer[6] = (byte)((size & 0x000000ff));
            buffer[7] = (byte)frameId;
    
            System.arraycopy(data, 0, buffer, 8, size);
            Log.i("tcp socket client","send buffer=" + printHexBinary(buffer));
    
            try { 
            	//发送一段buffer，对buffer包进行了特定协议的封包
                DataOutputStream outputStream = new DataOutputStream(mSocket.getOutputStream());
                outputStream.write(buffer);
                outputStream.flush();
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
        }else{ 
    
        }
    }
    
    //打印字符数组的代码
    private static final char[] hexCode = "0123456789ABCDEF".toCharArray();
    public static String printHexBinary(byte[] data) { 
        StringBuilder r = new StringBuilder(data.length * 2);
        for (byte b : data) { 
            r.append(hexCode[(b >> 4) & 0xF]);
            r.append(hexCode[(b & 0xF)]);
        }
        return r.toString();
    }

运行程序，根据打印发现，出现了粘包的问题，即把两个包读到了一个buffer中：

socket client: send buffer=A66A030000000A01476F696E6720486F6D65
    socket client: send buffer=A66A0300000008014E657720536F756C
    socket client: send buffer=A66A030000000A01476F696E6720486F6D65
    socket client: send buffer=A66A0300000008014E657720536F756C
    socket client: send buffer=A66A030000000A01476F696E6720486F6D65
    socket client: send buffer=A66A0300000008014E657720536F756C
    socket client: send buffer=A66A030000000A01476F696E6720486F6D65
    socket client: send buffer=A66A0300000008014E657720536F756C
    socket client: send buffer=A66A030000000A01476F696E6720486F6D65
    socket client: send buffer=A66A0300000008014E657720536F756C
    socket client: send buffer=A66A030000000A01476F696E6720486F6D65
    socket server: recevie buffer=A66A0300000008014E657720536F756CA66A030000000A01476F696E6720486F6D65A66A0300000008014E657720536F756CA66A030000000A01476F696E6720486F6D65
    socket client: send buffer=A66A0300000008014E657720536F756C
    socket client: send buffer=A66A030000000A01476F696E6720486F6D65
    socket server: recevie buffer=A66A0300000008014E657720536F756CA66A030000000A01476F696E6720486F6D65A66A0300000008014E657720536F756CA66A030000000A01476F696E6720486F6D65
    socket client: send buffer=A66A0300000008014E657720536F756C
    socket client: send buffer=A66A030000000A01476F696E6720486F6D65
    socket client: send buffer=A66A0300000008014E657720536F756C
    socket server: recevie buffer=A66A030000000A01476F696E6720486F6D65A66A0300000008014E657720536F756CA66A030000000A01476F696E6720486F6D65A66A0300000008014E657720536F756CA66A030000000A01476F696E6720486F6D65A66A0300000008014E657720536F756CA66A030000000A01476F696E6720486F6D65
    socket client: send buffer=A66A030000000A01476F696E6720486F6D65

### 三、TCP粘包问题原因分析 ###

**理想状态**：服务端先接受一个package1，在接受一个package2,…,一次一个包一个包的接收，则这样无问题。

**粘包的三种情况**：  
1、先读取到package1的部分数据，然后读取package1的余下数据和package2的全部数据；  
2、先读取到package1的全部数据和package2的部分数据，然后读到package2的余下数据；  
3、同时一次读取到package1和package2的全部数据。

很明显，我们这个Demo中，一次读取到了两包或者多包数据，属于这里面的第三种情况。

**粘包原因**：  
1、客户端write()时发送的数据大于socket缓冲区的数据，导致需要多次write()才能把数据写入到缓冲去，这样导致read()数据的时候，一次read()的数据不完整。需要read()多次才能将数据读完；  
2、发送端write()数据的速度太快，而接收端read()数据的太慢，导致接收方来不及接收每一包数据，造成了一次读取到多包数据的情况。我们这里也是属于这种情况。

### 四、TCP粘包问题解决方法 ###

1、增加一个自己定义的传输协议，即增加一个包头，将帧头信息，长度信息包含在里面。包头长度固定，接收端根据包头中的长度去解析一个完整的包数据。

在我们的demo中，定好的协议为：

byte buffer[] = new byte[8 + size];
         buffer[0] = (byte)0xA6;
         buffer[1] = 0x6A;
         buffer[2] = 0x03;
         buffer[3] = (byte)((size & 0xff000000) >> 24);
         buffer[4] = (byte)((size & 0x00ff0000) >> 16);
         buffer[5] = (byte)((size & 0x0000ff00) >> 8);
         buffer[6] = (byte)((size & 0x000000ff));
         buffer[7] = (byte)frameId;
         System.arraycopy(data, 0, buffer, 8, size);

我们的帧头固定为8个字节。其中buffer\[3\]-buffer\[6\]为数据的长度，所以根据这个调整一下接收端数据解析思路。接收端在服务端，修改服务端解析数据代码如下：

//文本传输
                // 从Socket当中得到InputStream对象
                InputStream inputStream = socket.getInputStream();
                byte buffer[] = new byte[1024];
                int frameSize = 0;
                byte[] mRecvBuffer = { 0};
                int mActualReadSize = 0;
                int readSize = 0;
                // 从InputStream当中读取客户端所发送的数据,阻塞状态
                while ((readSize = inputStream.read(buffer)) != -1) { 
                    Log.i("TcpSocketServer","read totalSize=" + readSize );
                    Log.i("TcpSocketServer","read buffer=" + printHexBinary(buffer) );
                    mActualReadSize = 0;
    
                    if( readSize > 8 ){ 
                        frameSize = ( (buffer[3] & 0xff) << 24 | (buffer[4] & 0xff) << 16 | (buffer[5] & 0xff) << 8 | (buffer[6] & 0xff) );
                    }
    
                    while( readSize >= frameSize + 8 ){ 
                        mRecvBuffer = new byte[frameSize + 8];
                        System.arraycopy(buffer, mActualReadSize, mRecvBuffer, 0, frameSize + 8);
                        mActualReadSize += frameSize + 8;
                        Log.i("TcpSocketServer","read mRecvBuffer=" + printHexBinary(mRecvBuffer) );
    
                        int surplusLength = readSize - (frameSize + 8);
                        readSize -=  (frameSize + 8);
                        if( surplusLength >= 8 ){ 
                            int head = ((buffer[mActualReadSize] & 0xff) << 8) | buffer[mActualReadSize + 1];
                            if( head == 0xA66A ){ 
                                frameSize = 0;
                                frameSize = ( (buffer[mActualReadSize + 3] & 0xff) << 24 | (buffer[ mActualReadSize + 4] & 0xff) << 16 | (buffer[ mActualReadSize + 5] & 0xff) << 8 | (buffer[ mActualReadSize + 6] & 0xff) );
                            }else{ 
                                break;
                            }
                        }
                    }
                }

打印如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1N1bnhpYW9saW4yMDE2_size_16_color_FFFFFF_t_70]

可以看到mRecvBuffer可以读出了单个的包。

当然这里只解决了粘包的第三种情况，这种情况byte buffer\[\] = new byte\[1024\];，读出的缓冲区尽量要大些，这里设为1024,远远比我发送的测试数据要大。所以不会产生第一种和第二种粘包的情况。

这种增加固定的协议，解析帧头和长度，应该是最为灵活的方法。

[Android_TCP socket]: https://blog.csdn.net/Sunxiaolin2016/article/details/92679746
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1N1bnhpYW9saW4yMDE2_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20211227/fee452d35513427d97dc77221f197fde.png