Netty之粘包分包

粘包现象

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客户端在一个for循环内连续发送1000个hello给Netty服务器端,

         Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 10101);
         for(int i = 0; i < 1000; i++){
             socket.getOutputStream().write(“hello”.getBytes());
         }
         socket.close();

而在服务器端接受到的信息并不是预期的1000个独立的Hello字符串.

实际上是无序的hello字符串混合在一起, 如图所示. 这种现象我们称之为粘包.

为什么会出现这种现象呢? TCP是个”流”协议，流其实就是没有界限的一串数据。

TCP底层中并不了解上层业务数据的具体含义，它会根据TCP缓冲区的实际情况进行包划分，

所以在TCP中就有可能一个完整地包会被TCP拆分成多个包，也有可能吧多个小的包封装成一个大的数据包发送。

分包处理

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顾名思义, 我们要对传输的数据进行分包. 一个简单的处理逻辑是在发送数据包之前, 先用四个字节占位, 表示数据包的长度.

数据包结构为:

|    长度(4字节)    |    数据    |

         Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 10101);
         String message = "hello";
         byte[] bytes = message.getBytes();
         ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(4 + bytes.length);
         // 消息长度
         buffer.putInt(bytes.length);
         // 消息正文
         buffer.put(bytes);
         byte[] array = buffer.array();
         for(int i = 0; i < 1000; i++){
             socket.getOutputStream().write(array);
         }
         socket.close();

服务器端代码, 我们需要借助于FrameDecoder类来分包.

 public class MyDecoder extends FrameDecoder {

     @Override
     protected Object decode(ChannelHandlerContext ctx, Channel channel, ChannelBuffer buffer) throws Exception {

         if(buffer.readableBytes() > 4){
             //标记
             buffer.markReaderIndex();
             //长度
             int length = buffer.readInt();

             if(buffer.readableBytes() < length){
                 buffer.resetReaderIndex();
                 //缓存当前剩余的buffer数据，等待剩下数据包到来
                 return null;
             }

             //读数据
             byte[] bytes = new byte[length];
             buffer.readBytes(bytes);
             //往下传递对象
             return new String(bytes);
         }
         //缓存当前剩余的buffer数据，等待剩下数据包到来
         return null;
     }

 }

如此一来, 我们再次在服务器端接受到的消息就是按序打印的hello了.

这边可能有个疑问, 为什么MyDecoder中数据没有读取完毕, 需要return null,

正常的pipeline在数据处理完都是要sendUpstream, 给下一个pipeline的.

这个需要看下FrameDecoder.messageReceived 的源码. 他在其中缓存了一个cumulation对象,

如果return了null, 他会继续往缓存里写数据来实现分包

     public void messageReceived(ChannelHandlerContext ctx, MessageEvent e) throws Exception {
         Object m = e.getMessage();
         if (!(m instanceof ChannelBuffer)) {
         　　// 数据读完了, 转下一个pipeline
             ctx.sendUpstream(e);
         } else {
             ChannelBuffer input = (ChannelBuffer)m;
             if (input.readable()) {
                 if (this.cumulation == null) {
                     try {
                         this.callDecode(ctx, e.getChannel(), input, e.getRemoteAddress());
                     } finally {
                         this.updateCumulation(ctx, input);
                     }
                 } else {
             　　　　 // 缓存上一次没读完整的数据
                     input = this.appendToCumulation(input);

                     try {
                         this.callDecode(ctx, e.getChannel(), input, e.getRemoteAddress());
                     } finally {
                         this.updateCumulation(ctx, input);
                     }
                 }

             }
         }
     }

那么是不是这样就万事大吉了呢?

Socket字节流攻击

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在上述代码中, 我们会在服务器端为客户端发送的数据包长度, 预先分配byte数组.

如果遇到恶意攻击, 传入的数据长度与内容 不匹配. 例如声明数据长度为Integer.MAX_VALUE.

这样会消耗大量的服务器资源生成byte[], 显然是不合理的.

因此我们还要加个最大长度限制.

           if(buffer.readableBytes() > 2048){
              buffer.skipBytes(buffer.readableBytes());
           }

新的麻烦也随之而来, 虽然可以跳过指定长度, 但是数据包本身就乱掉了.

因为长度和内容不匹配, 跳过一个长度后, 不知道下一段数据的开头在哪里了.

因此我们自定义数据包里面, 不仅要引入数据包长度, 还要引入一个包头来划分各个包的范围.

包头用任意一段特殊字符标记即可, 例如$$$.

         // 防止socket字节流攻击
         if(buffer.readableBytes() > 2048){
         　　buffer.skipBytes(buffer.readableBytes());
         }
         // 记录包头开始的index
         int beginReader = buffer.readerIndex();

         while(true) {
             if(buffer.readInt() == ConstantValue.FLAG) {
                 break;
             }
         }

新的数据包结构为:

|    包头(4字节)    |    长度(4字节)    |    数据    |

Netty自带拆包类

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自己实现拆包虽然可以细粒度控制, 但是也会有些不方便, 可以直接调用Netty提供的一些内置拆包类.

• FixedLengthFrameDecoder 按照特定长度组包
• DelimiterBasedFrameDecoder 按照指定分隔符组包, 例如本文中的$$$
• LineBasedFrameDecoder 按照换行符进行组包, \r \n等等
• ......