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6行代碼快速解決golang TCP粘包問題

前言

什么是TCP粘包問題以及為什么會產(chǎn)生TCP粘包，本文不加討論。本文使用golang的bufio.Scanner來實現(xiàn)自定義協(xié)議解包。

下面話不多說了，來一起看看詳細的介紹吧。

協(xié)議數(shù)據(jù)包定義

本文模擬一個日志服務器，該服務器接收客戶端傳到的數(shù)據(jù)包并顯示出來

type Package struct {
 Version  [2]byte // 協(xié)議版本，暫定V1
 Length   int16 // 數(shù)據(jù)部分長度
 Timestamp  int64 // 時間戳
 HostnameLength int16 // 主機名長度
 Hostname  []byte // 主機名
 TagLength  int16 // 標簽長度
 Tag   []byte // 標簽
 Msg   []byte // 日志數(shù)據(jù)
}

協(xié)議定義部分沒有什么好講的，根據(jù)具體的業(yè)務邏輯定義即可。

數(shù)據(jù)打包

由于TCP協(xié)議是語言無關(guān)的協(xié)議，所以直接把協(xié)議數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)體發(fā)送到TCP連接中也是不可能的，只能發(fā)送字節(jié)流數(shù)據(jù)，所以需要自己實現(xiàn)數(shù)據(jù)編碼。所幸golang提供了binary來幫助我們實現(xiàn)網(wǎng)絡字節(jié)編碼。

func (p *Package) Pack(writer io.Writer) error {
 var err error
 err = binary.Write(writer, binary.BigEndian, p.Version)
 err = binary.Write(writer, binary.BigEndian, p.Length)
 err = binary.Write(writer, binary.BigEndian, p.Timestamp)
 err = binary.Write(writer, binary.BigEndian, p.HostnameLength)
 err = binary.Write(writer, binary.BigEndian, p.Hostname)
 err = binary.Write(writer, binary.BigEndian, p.TagLength)
 err = binary.Write(writer, binary.BigEndian, p.Tag)
 err = binary.Write(writer, binary.BigEndian, p.Msg)
 return err
}

Pack方法的輸出目標為io.Writer，有利于接口擴展，只要實現(xiàn)了該接口即可編碼數(shù)據(jù)寫入。binary.BigEndian是字節(jié)序，本文暫時不討論，有需要的讀者可以自行查找資料研究。

數(shù)據(jù)解包

解包需要將TCP數(shù)據(jù)包解析到結(jié)構(gòu)體中，接下來會講為什么需要添加幾個數(shù)據(jù)無關(guān)的長度字段。

func (p *Package) Unpack(reader io.Reader) error {
 var err error
 err = binary.Read(reader, binary.BigEndian, p.Version)
 err = binary.Read(reader, binary.BigEndian, p.Length)
 err = binary.Read(reader, binary.BigEndian, p.Timestamp)
 err = binary.Read(reader, binary.BigEndian, p.HostnameLength)
 p.Hostname = make([]byte, p.HostnameLength)
 err = binary.Read(reader, binary.BigEndian, p.Hostname)
 err = binary.Read(reader, binary.BigEndian, p.TagLength)
 p.Tag = make([]byte, p.TagLength)
 err = binary.Read(reader, binary.BigEndian, p.Tag)
 p.Msg = make([]byte, p.Length-8-2-p.HostnameLength-2-p.TagLength)
 err = binary.Read(reader, binary.BigEndian, p.Msg)
 return err
}

由于主機名、標簽這種數(shù)據(jù)是不固定長度的，所以需要兩個字節(jié)來標識數(shù)據(jù)長度，否則讀取的時候只知道一個總的數(shù)據(jù)長度是無法區(qū)分主機名、標簽名、日志數(shù)據(jù)的。

數(shù)據(jù)包的粘包問題解決

上文只是解決了編碼/解碼問題，前提是收到的數(shù)據(jù)包沒有產(chǎn)生粘包問題，解決粘包就是要正確分割字節(jié)流中的數(shù)據(jù)。一般有以下做法：

定長分隔(每個數(shù)據(jù)包最大為該長度) 缺點是數(shù)據(jù)不足時會浪費傳輸資源
特定字符分隔(如rn) 缺點是如果正文中有rn就會導致問題
在數(shù)據(jù)包中添加長度字段(本文采用的)

golang提供了bufio.Scanner來解決粘包問題。

scanner := bufio.NewScanner(reader) // reader為實現(xiàn)了io.Reader接口的對象，如net.Conn
scanner.Split(func(data []byte, atEOF bool) (advance int, token []byte, err error) {
 if !atEOF  data[0] == 'V' { // 由于我們定義的數(shù)據(jù)包頭最開始為兩個字節(jié)的版本號，所以只有以V開頭的數(shù)據(jù)包才處理
  if len(data) > 4 { // 如果收到的數(shù)據(jù)>4個字節(jié)(2字節(jié)版本號+2字節(jié)數(shù)據(jù)包長度)
   length := int16(0)
   binary.Read(bytes.NewReader(data[2:4]), binary.BigEndian, length) // 讀取數(shù)據(jù)包第3-4字節(jié)(int16)=>數(shù)據(jù)部分長度
   if int(length)+4 = len(data) { // 如果讀取到的數(shù)據(jù)正文長度+2字節(jié)版本號+2字節(jié)數(shù)據(jù)長度不超過讀到的數(shù)據(jù)(實際上就是成功完整的解析出了一個包)
    return int(length) + 4, data[:int(length)+4], nil
   }
  }
 }
 return
})
// 打印接收到的數(shù)據(jù)包
for scanner.Scan() {
 scannedPack := new(Package)
 scannedPack.Unpack(bytes.NewReader(scanner.Bytes()))
 log.Println(scannedPack)
}

本文的核心就在于scanner.Split方法，該方法用來解析TCP數(shù)據(jù)包

完整源碼

package main
import (
 "bufio"
 "bytes"
 "encoding/binary"
 "fmt"
 "io"
 "log"
 "os"
 "time"
)

type Package struct {
 Version  [2]byte // 協(xié)議版本
 Length   int16 // 數(shù)據(jù)部分長度
 Timestamp  int64 // 時間戳
 HostnameLength int16 // 主機名長度
 Hostname  []byte // 主機名
 TagLength  int16 // Tag長度
 Tag   []byte // Tag
 Msg   []byte // 數(shù)據(jù)部分長度
}

func (p *Package) Pack(writer io.Writer) error {
 var err error
 err = binary.Write(writer, binary.BigEndian, p.Version)
 err = binary.Write(writer, binary.BigEndian, p.Length)
 err = binary.Write(writer, binary.BigEndian, p.Timestamp)
 err = binary.Write(writer, binary.BigEndian, p.HostnameLength)
 err = binary.Write(writer, binary.BigEndian, p.Hostname)
 err = binary.Write(writer, binary.BigEndian, p.TagLength)
 err = binary.Write(writer, binary.BigEndian, p.Tag)
 err = binary.Write(writer, binary.BigEndian, p.Msg)
 return err
}
func (p *Package) Unpack(reader io.Reader) error {
 var err error
 err = binary.Read(reader, binary.BigEndian, p.Version)
 err = binary.Read(reader, binary.BigEndian, p.Length)
 err = binary.Read(reader, binary.BigEndian, p.Timestamp)
 err = binary.Read(reader, binary.BigEndian, p.HostnameLength)
 p.Hostname = make([]byte, p.HostnameLength)
 err = binary.Read(reader, binary.BigEndian, p.Hostname)
 err = binary.Read(reader, binary.BigEndian, p.TagLength)
 p.Tag = make([]byte, p.TagLength)
 err = binary.Read(reader, binary.BigEndian, p.Tag)
 p.Msg = make([]byte, p.Length-8-2-p.HostnameLength-2-p.TagLength)
 err = binary.Read(reader, binary.BigEndian, p.Msg)
 return err
}

func (p *Package) String() string {
 return fmt.Sprintf("version:%s length:%d timestamp:%d hostname:%s tag:%s msg:%s",
  p.Version,
  p.Length,
  p.Timestamp,
  p.Hostname,
  p.Tag,
  p.Msg,
 )
}

func main() {
 hostname, err := os.Hostname()
 if err != nil {
  log.Fatal(err)
 }

 pack := Package{
  Version:  [2]byte{'V', '1'},
  Timestamp:  time.Now().Unix(),
  HostnameLength: int16(len(hostname)),
  Hostname:  []byte(hostname),
  TagLength:  4,
  Tag:   []byte("demo"),
  Msg:   []byte(("現(xiàn)在時間是:" + time.Now().Format("2006-01-02 15:04:05"))),
 }
 pack.Length = 8 + 2 + pack.HostnameLength + 2 + pack.TagLength + int16(len(pack.Msg))

 buf := new(bytes.Buffer)
 // 寫入四次，模擬TCP粘包效果
 pack.Pack(buf)
 pack.Pack(buf)
 pack.Pack(buf)
 pack.Pack(buf)
 // scanner
 scanner := bufio.NewScanner(buf)
 scanner.Split(func(data []byte, atEOF bool) (advance int, token []byte, err error) {
  if !atEOF  data[0] == 'V' {
   if len(data) > 4 {
    length := int16(0)
    binary.Read(bytes.NewReader(data[2:4]), binary.BigEndian, length)
    if int(length)+4 = len(data) {
     return int(length) + 4, data[:int(length)+4], nil
    }
   }
  }
  return
 })
 for scanner.Scan() {
  scannedPack := new(Package)
  scannedPack.Unpack(bytes.NewReader(scanner.Bytes()))
  log.Println(scannedPack)
 }
 if err := scanner.Err(); err != nil {
  log.Fatal("無效數(shù)據(jù)包")
 }
}

寫在最后

golang作為一門強大的網(wǎng)絡編程語言，實現(xiàn)自定義協(xié)議是非常重要的，實際上實現(xiàn)自定義協(xié)議也不是很難，以下幾個步驟：

數(shù)據(jù)包編碼
數(shù)據(jù)包解碼
處理TCP粘包問題
斷線重連(可以使用心跳實現(xiàn))(非必須)

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對腳本之家的支持。

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