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詳解Swoole TCP流數據邊界問題解決方案

1. 數據發送過程

首先由客戶端將數據發往緩沖區 (服務端并不是直接收到的)，對于客戶端來說，這次的數據即是發送成功了，對于服務端是否真正的收到他是不知道的，然后再由服務端從緩沖區中讀取數據。圖解：

2. 什么是數據邊界

因為 TCP 是流式傳輸，對于服務端來說并不知道此時在緩沖區內的數據是一次請求還是兩次請求的，所以在服務端接收數據時需要根據指定字符或約定長度來對數據進行分包，這個分包的標志即是數據邊界。否則可能會出現一次讀取兩條或多條數據，造成讀取、解析數據出錯。

2.1 代碼演示

可以用代碼實現一下，假設客戶端死循環往緩沖區不停輸入 “1”，即相當于每次的報文內容都是 1，那么在服務端讀取時收到的數據就是隨機長度的。

客戶端代碼：

$client = new Swoole\Client(SWOOLE_SOCK_TCP);
if ($client->connect('127.0.0.1', 9501, -1)) {
    while(true) {
        $client->send(1);        
    }
}
$client->close();

服務端代碼：

$server = new Swoole\Server('127.0.0.1', 9501);
$server->on('connect', function($server, $fd){
    echo "client : ".$fd." connect";
});

$server->on('receive', function($server, $fd, $from_id, $data){
    echo "receive:". $data.PHP_EOL;
});

$server->on('close', function($server){

});

運行結果

可以看到運行結果，服務端獲取到的數據完全是隨機的，有長有短，那么接下來我們說下如何解決這個問題。

3.EOF 解決方案

第一種解決方案類似于我們 http 請求頭的分隔符，在每次發送的數據包結尾處使用 \r\n (可以配置) 來結尾，當服務端從緩沖區中讀取數據，根據指定字符來分割數據包，EOF 有兩種配置方案：

3.1 open_eof_check

首先放出配置方式：

$server->set([
    'open_eof_check' => true,
    'package_eof' => "\r\n"
]);

這種配置方式會對客戶端發來的數據包進行檢測，當發現結尾是 \r\n 時，才會投遞給 worker 進程，也就是我們的 onReceive 回調，否則會一直拼接數據包，直到超出緩沖區或者超時才終止。但此方法有一個問題是可能會一次性收到多個數據包，因為他是從數據包的結尾處來進行檢查的，在數據內容中存在 \r\n 時程序并不會發現，需要我們自己在應用代碼中再次使用 \r\n 來拆分數據包。

客戶端運行代碼

$client = new Swoole\Client(SWOOLE_SOCK_TCP);

if ($client->connect('127.0.0.1', 9501, -1)) {

    while(true) {
        $send2 = "Hello World \r\n";
        $client->send($send2);        
    }
}

$client->close();

服務端代碼

$server = new Swoole\Server('127.0.0.1', 9501);
$server->set([
    'open_eof_check' => true,
    'package_eof' => "\r\n"
]);

$server->on('connect', function($server, $fd){
    echo "client : ".$fd." connect";
});

$server->on('receive', function($server, $fd, $from_id, $data){
    echo "receive:". $data;
});

$server->on('close', function($server){

});

$server->start();

運行結果

3.2 open_eof_split

配置方式：

$server->set([
    'open_eof_split' => true,
    'package_eof' => "\r\n"
]);

這種配置方式，服務端會對客戶端發來的數據逐個字符進行檢查，遇到 \r\n 就發送給 worker 進程，可以有效實現分包，但缺點是性能比較差。

運行結果：可以看到每次接收到一個 Hello World（代碼我就不貼了，只把服務端 set 配置改一下，其他都一樣）

3.3 open_eof_check 和 open_eof_split 差異

open_eof_check 只檢查接收數據的末尾是否為 EOF，因此它的性能最好，幾乎沒有消耗

open_eof_check 無法解決多個數據包合并的問題，比如同時發送兩條帶有 EOF 的數據，底層可能會一次全部返回

open_eof_split 會從左到右對數據進行逐字節對比，查找數據中的 EOF 進行分包，性能較差。但是每次只會返回一個數據包

4. 固定包頭 + 包體解決方案

引用一段官方文檔的描述：

包長檢測提供了固定包頭 + 包體這種格式協議的解析。啟用后，可以保證 Worker 進程 onReceive 每次都會收到一個完整的數據包。

長度檢測協議，只需要計算一次長度，數據處理僅進行指針偏移，性能非常高，推薦使用。

可見官方是推薦使用這種方式的，就是配置比其他方案要復雜一些，首先貼一下配置:

$server->set([
// 打開包長檢測特性
'package_length_check' => true,
// 包頭中某個字段作為包長度的值，底層支持了 10 種長度類型。可參考 pack() 方法
'package_length_type' => 'N',
// length 長度值在包頭的第幾個字節。
'package_length_offset' => 8,
// 從第幾個字節開始計算長度，一般有 2 種情況：
//length 的值包含了整個包（包頭 + 包體），package_body_offset 為 0
//包頭長度為 N 字節，length 的值不包含包頭，僅包含包體，package_body_offset 設置為 N
'package_body_offset' => 16,
// 設置最大數據包尺寸，單位為字節
'package_max_length' => 81920
]);

下面是一個數據包結構例子，可以很好的體現了字段含義。

以上通信協議的設計中，包頭長度為 4 個整型，16 字節，length 長度值在第 3 個整型處。因此 package_length_offset 設置為 8，0-3 字節為 type，4-7 字節為 uid，8-11 字節為 length，12-15 字節為 serid。

下面來說一下代碼實現：

客戶端代碼：

$client = new Swoole\Client(SWOOLE_SOCK_TCP);

$data = "123456789012345678901234567890";
$type = 0x30;
$uid = 0x123;
$length = strlen($data);
$serid = 0x15;
$head = pack("N4", $type, $uid, $length, $serid);
$body = pack("a{$length}", $data);
$message = $head.$body;


if ($client->connect('127.0.0.1', 9502, -1)) {
    $client->send($message);
    echo $client->recv();
}

$client->close();

服務端代碼：

$serv = new Swoole\Server('127.0.0.1', 9502);
$serv->set([
    'open_length_check'     => true,
      'package_max_length'    => 81920,
      'package_length_type'   => 'N',
      'package_length_offset' => 8,
      'package_body_offset'   => 16,    
]);

$serv->on('connect', function($server, $fd){
    echo $fd. " Connect !".PHP_EOL;
});

$serv->on('receive', function($server, $fd, $from_id, $data){
    var_dump($data);            // 源數據
    $tmp = unpack("Ntype/Nuid/Nlength", $data);
    $unpacking = unpack("Ntype/Nuid/Nlength/Nserid/a{$tmp['length']}body", $data);
    var_dump($unpacking);        // 解包后數據
    $server->send($fd, " Server Receive Data: ". $unpacking['body']);
});


$serv->on('close', function($server){

});

$serv->start();

客戶端運行結果