python 黏包现象及其解决方案

一、数据缓冲区

　　缓冲区(buffer)，它是内存空间的一部分。也就是说，在内存空间中预留了一定的存储空间，这些存储空间用来缓冲输入或输出的数据，这部分预留的空间就叫做缓冲区，显然缓冲区是具有一定大小的。

二、为什么要缓冲区 （详情参考：https://www.cnblogs.com/mlgjb/p/7991903.html）

　　1.可以解除高速设备与低速设备的不匹配，高速设备需要等待低速设备的制约关系，数据可以直接送往缓冲区，高速设备不用再等待低速设备，提高了计算机的效率。

　　2.可以减少数据的读写次数，如果每次数据只传输一点数据，就需要传送很多次，这样会浪费很多时间，因为开始读写与终止读写所需要的时间很长，如果将数据送往缓冲区，待缓冲区满后再进行传送会大大减少读写次数，这样就可以节省很多时间。

三、粘包现象

　　1、小数据传输粘包

源代码:

import socket
server=socket.socket()
server.bind(('127.0.0.1',8001))

server.listen()
conn,addr=server.accept()
msg_1=conn.recv(1024).decode("utf-8")
msg_2=conn.recv(1024).decode("utf-8")
print("客户端>>>",msg_1)
print("客户端>>>",msg_2)
conn.close()
server.close()

黏包现象服务端

import socket
import time
client=socket.socket()
client.connect(('127.0.0.1', 8001))
client.send(b'')
# time.sleep(0.1) 加入时间缓冲,让每次传入和接受的数据有序
client.send(b'')
client.close()

黏包现象客户端

　　

黏包现象粗略的解释:数据在传输过程中,未来得及按照先后次序传输和接受,数据都进入了数据缓冲区中,再接受的数据时候,不知道按照怎么的数据长度接受,就按照给定的1024的长度接收,因此出现了黏包.

　　解决方案:

　　　　方案一、传输过程中每次都告诉对方应该如何接收数据。

　　　　方案二、把传输和接受的间隔加大，保证每次都能顺利的满足一个接着一个传输。（time.sleep(0.1)）

　　2、大数据传输粘包(模拟cmd指令)

源代码:

import subprocess
import socket
import time
server=socket.socket()#创建socket对象

server.bind(('127.0.0.1',8001))#绑定ip_port
server.listen()#监听
conn,addr=server.accept()#等待连接,获取连接通道和地址

while 1:
    time.sleep(0.1)#减少内存占用
    cmd_msg=conn.recv(1024).decode("utf-8")
    #判断是否结束doc指令读取
    if cmd_msg=="exit" or  cmd_msg=="exit()":
        break
    else:
        #创建读取cmd指令对象
        obj_sub=subprocess.Popen(
            cmd_msg,
            shell=True,
            stdout=subprocess.PIPE,
            stderr=subprocess.PIPE
        )
        out_info=obj_sub.stdout.read()
        err_info=obj_sub.stderr.read()

        if err_info:
            #不存在该命令则输出错误信息,并打印字节数
            conn.send(err_info)
            print(len(err_info))
        else:
            #存在输入的命令则发送指令执行的结果,并打印字节数
            conn.send(out_info)
            print(len(out_info))

conn.close()
server.close()

大数据黏包现象服务器

import socket
client=socket.socket()#创建客户端对象
client.connect(('127.0.0.1', 8001))#连接服务器的ip_port

while 1:

    cmd=input("cmd>>>")
    client.send(cmd.encode("utf-8"))
    #判断是否为退出指令
    if cmd=="exit" or cmd=="exit()":
        break
    else:
        # 接受客服端返回信息
        out=client.recv(1024).decode("gbk")
        print(out)

client.close()

大数据黏包现象客户端

结果显示:

 C:\Python36\python.exe "F:/qishi/day 28 黏包 合法性链接/黏包现象/黏包现象2客户端.py"
 cmd>>>ipconfig -all

 Windows IP 配置

    主机名  . . . . . . . . . . . . . : DESKTOP-MT7JLPA
    主 DNS 后缀 . . . . . . . . . . . :
    节点类型  . . . . . . . . . . . . : 混合
    IP 路由已启用 . . . . . . . . . . : 否
    WINS 代理已启用 . . . . . . . . . : 否

 无线局域网适配器 WLAN:

    媒体状态  . . . . . . . . . . . . : 媒体已断开连接
    连接特定的 DNS 后缀 . . . . . . . :
    描述. . . . . . . . . . . . . . . : Qualcomm Atheros AR9485WB-EG Wireless Network Adapter
    物理地址. . . . . . . . . . . . . : BC-30-7D-96-2D-2B
    DHCP 已启用 . . . . . . . . . . . : 是
    自动配置已启用. . . . . . . . . . : 是

 无线局域网适配器 本地连接* 1:

    媒体状态  . . . . . . . . . . . . : 媒体已断开连接
    连接特定的 DNS 后缀 . . . . . . . :
    描述. . . . . . . . . . . . . . . : Microsoft Wi-Fi Direct Virtual Adapter
    物理地址. . . . . . . . . . . . . : 1E-30-7D-96-2D-2B
    DHCP 已启用 . . . . . . . . . . . : 是
    自动配置已启用. . . . . . . . . . : 是

 以太网适配器 以太网:

    连接特定的 DNS 后缀 . . . . .
 cmd>>>dir
 . . :
    描述. . . . . . . . . . . . . . . : Realtek PCIe GBE Family Controller
    物理地址. . . . . . . . . . . . . : C4-54-44-F5-84-6A
    DHCP 已启用 . . . . . . . . . . . : 是
    自动配置已启用. . . . . . . . . . : 是
    本地链接 IPv6 地址. . . . . . . . : fe80::64a8:6af:a71b:edad%5(首选)
    IPv4 地址 . . . . . . . . . . . . : 192.168.12.51(首选)
    子网掩码  . . . . . . . . . . . . : 255.255.255.0
    获得租约的时间  . . . . . . . . . : 2018年11月26日 15:01:29
    租约过期的时间  . . . . . . . . . : 2018年11月27日 15:01:28
    默认网关. . . . . . . . . . . . . : 192.168.12.254
    DHCP 服务器 . . . . . . . . . . . : 192.168.12.254
    DHCPv6 IAID . . . . . . . . . . . : 63198276
    DHCPv6 客户端 DUID  . . . . . . . : 00-01-00-01-23-7C-84-72-C4-54-44-F5-84-6A
    DNS 服务器  . . . . . . . . . . . : 114.114.114.114
    TCPIP 上的 NetBIOS  . . . . . . . : 已启用

 cmd>>>

客户端显示结果

C:\Python36\python.exe "F:/qishi/day 28 黏包 合法性链接/黏包现象/黏包现象2服务器.py"
ipconfig -all 命令执行结果长度 1912
dir 命令执行结果长度 505

服务端显示结果

　　现象简述:首先执行了一次ipconfig -all,他的结果数据长度是1912,而我们接受的数据长度是1024,之后又执行了一次dir,dir结果长度是505,我们再一次接受的数据,依旧是ipconfig -all 结果数据.出现了黏包现象.

　　黏包现象成因:执行的数据进入缓冲区,并且数据的大小大于接受数据的大小,因此我们一次接受只能接受1024个字节,之后又执行一个命令后,命令的结果又会进入数据缓冲区,所有我们接受的数据显示的是上一个命令残余的数据.我们每次接受的数据都是1024,还有可能出现多命令的数据同时出现的风险.

　　解决方案:

　　　　方案一、按照发送数据的长度接受数据，由于缓冲区数据容量有限，我们采用循环接受数据的方法接受大数据。

　　　　方案二、把数据的长度信息与数据信息合并一次性发给接受端，接收端先提出数据长度，再按照数据长度接受数据。

方案一源代码:

 import subprocess
 import socket
 import time
 server=socket.socket()#创建socket对象

 server.bind(('127.0.0.1',8001))#绑定ip_port
 server.listen()#监听
 conn,addr=server.accept()#等待连接,获取连接通道和地址

 while 1:
     time.sleep(0.1)#减少内存占用
     cmd_msg=conn.recv(1024).decode("utf-8")
     #判断是否结束doc指令读取
     if cmd_msg=="exit" or  cmd_msg=="exit()":
         break
     else:
         #创建读取cmd指令对象
         obj_sub=subprocess.Popen(
             cmd_msg,
             shell=True,
             stdout=subprocess.PIPE,#标准化输出
             stderr=subprocess.PIPE #标准化错误输出
         )
         out_info=obj_sub.stdout.read()

         err_info=obj_sub.stderr.read()

         if err_info:
             #不存在该命令则输出错误信息,并打印字节数
             data_len = len(err_info)
             all_send_datalen=0
             print(f"{cmd_msg} 命令执行结果长度", data_len)
             #把数据长度发送给接收端
             conn.send(str(data_len).encode("utf-8"))
             while all_send_datalen<data_len:#当发送的数据小于数据总长就不断的发送
                 #递增式改变截取位置
                 every_send_data=err_info[all_send_datalen:all_send_datalen+1024]
                 conn.send(err_info)
                 all_send_datalen+=len(every_send_data)

         else:
             #存在输入的命令则发送指令执行的结果,并打印字节数
             data_len = len(out_info)

             all_send_datalen = 0
             print(f"{cmd_msg} 命令执行结果长度:", data_len)

             # 把数据长度发送给接收端
             conn.send(str(data_len).encode("utf-8"))
             while all_send_datalen < data_len:  # 当发送的数据小于数据总长就不断的放送
                 # 递增式改变截取位置
                 #每1024个字节发一次
                 every_send_data = out_info[all_send_datalen:all_send_datalen + 1024]
                 conn.send(every_send_data)

                 all_send_datalen += len(every_send_data)

 conn.close()
 server.close()

大数据黏包服务器

 import socket
 client=socket.socket()#创建客户端对象
 client.connect(('127.0.0.1', 8001))#连接服务器的ip_port

 while 1:

     cmd=input("cmd>>>")
     client.send(cmd.encode("utf-8"))
     #判断是否为退出指令
     if cmd=="exit" or cmd=="exit()":
         break
     else:
         # 客客户端接受返回信息
         data_len=client.recv(1024).decode("utf-8")
         int_data_len=int(data_len)
         print(int_data_len)
         #接受的字节个数,计数比较
         all_recv_datalen=0
         # 用于接收到的字节拼接
         all_data=b''
         #循环接受数据
         while all_recv_datalen<int_data_len:
             # 每1024个字节接收一次
             every_recv_data=client.recv(1024)
             all_recv_datalen+=len(every_recv_data)
             all_data += every_recv_data
         # 输出打印
         print(all_data.decode("gbk"))

 client.close()

大数据黏包客户端

方案二struct打包:

　　struct操作简介

import struct
#打包pack
#struct.pack(格式,数据)
# a=231546789
# b=struct.pack("i",a)
# print(b)#b'\xa5\x1f\xcd\r'

#解包unpack,结果是元祖
#struct.unpack(格式,数据)
c=struct.unpack("i",b'\xa5\x1f\xcd\r')
print(c) #(231546789,)
a=c[0]
print(a)#

源码:

import socket
import subprocess
import struct
server = socket.socket()
ip_port = ('127.0.0.1',8001)
data_full_len = 0 #统计发送数据的长度
server.bind(ip_port)
server.listen()
conn,addr = server.accept()
while 1:
    from_client_cmd = conn.recv(1024).decode('utf-8')

    sub_obj = subprocess.Popen(
        from_client_cmd,
        shell=True,
        stdout=subprocess.PIPE,
        stderr=subprocess.PIPE,
    )
    #subprocess对象.read 得到的结果是bytes类型的
    cmd_res = sub_obj.stdout.read()
    data_len = len(cmd_res)  #总数据长度
    data_len_str = str(data_len)
    print('结果长度>>>',data_len)

    #将真实数据长度打包成4个字节的数据
    struct_data_len = struct.pack('i',data_len)

    conn.send(struct_data_len + cmd_res)

大数据黏包struct服务器

import json
import socket
import struct
client = socket.socket()
ip_port = ('127.0.0.1',8001)
client.connect(ip_port)
all_recv_len = 0
all_data_byte = b''

while 1:
    client_cmd = input('请输入系统指令>>>')
    client.send(client_cmd.encode('utf-8'))
    #先接收4个字节,这4个字节是真实数据长度加工成的
    recv_data_len = client.recv(4)
    #将4个字节长度的数据,解包成后面真实数据的长度
    real_data_len = struct.unpack('i',recv_data_len)[0]

    print(real_data_len)

    server_result = client.recv(real_data_len)

    print(server_result.decode('gbk'))

大数据黏包struct客户端

加强版:

 import struct
 import socket
 import subprocess
 import time

 server=socket.socket()
 server.bind(("127.0.0.1",8001))
 server.listen()
 conn,addr=server.accept()
 while 1:
     time.sleep(0.1)
     cmd_msg=conn.recv(1024).decode("utf-8")
     obj_sub=subprocess.Popen(
         cmd_msg,
         shell=True,
         stdout=subprocess.PIPE,
         stderr=subprocess.PIPE
     )
     cmd_out=obj_sub.stdout.read()
     cmd_erro=obj_sub.stderr.read()
     if obj_sub.stdout:
         out_len=len(cmd_out)
         print(cmd_msg+"\t"+str(out_len))
         b_out_len=struct.pack("i",out_len)
         conn.send(b_out_len+cmd_out)

     else:
         err_len = len(cmd_erro)
         int(cmd_msg + "\t" + str(err_len))
         b_err_len = struct.pack("i", err_len)
         conn.send(b_err_len+cmd_erro)
 conn.close()
 server.close()

完整版服务器

 import struct
 import socket
 import subprocess
 import time

 client=socket.socket()
 client.connect(("127.0.0.1", 8001))
 while 1:
     time.sleep(0.1)
     cmd=input("cmd>>>").encode("utf-8")
     client.send(cmd)
     #接受数据
     data_len_pack=client.recv(4)
     data_len=struct.unpack("i",data_len_pack)[0]
     print(data_len)
     data=client.recv(data_len).decode("gbk")
     print(data)
 client.close()

完整版客服端