HarmonyOS 鸿蒙Next网络编程系列6-TCP数据粘包表现及原因分析

HarmonyOS 鸿蒙Next网络编程系列6-TCP数据粘包表现及原因分析

1. 什么是粘包

在基于TCP协议的端到端通讯中，如果一端连续发送两个或者两个以上的数据包，对端在一次接收时，收到的数据包数量可能大于1个，也可能是几个完整数据包加上一个完整包的一部分数据，这些统称为粘包。

2.TCP粘包示例

本文将设计一个示例演示数据粘包的表现，具体的思路是这样的：

1）使用鸿蒙应用发起TCP客户端到服务端连接。

2）服务端为回声服务器，会把收到的信息原样发回给客户端

3）TCP客户端连续发送从0到100的数字字符信息到服务端，每次发送一个数字，发送后休眠1毫秒。

4）客户端对于接受到的服务端信息在日志输出，每次一行（也就是在接受信息后面加上回车换行）

5）如果没有所谓的“粘包”问题，客户端会收到100次回复

下面详细介绍创建该应用的步骤。

步骤1：创建Empty Ability项目。

步骤2：在module.json5配置文件加上对权限的声明：

"requestPermissions": [
    {
      "name": "ohos.permission.INTERNET"
    },
    {
      "name": "ohos.permission.GET_WIFI_INFO"
    }
  ]

这里分别添加了访问互联网和访问WIFI信息的权限。

步骤3：在Index.ets文件里添加如下的代码：

//发送测试消息到服务端
async sendTestMsg2Server() {
  //执行TCP通讯的对象
  let tcpSocket = socket.constructTCPSocketInstance();
  await this.bind2Port(tcpSocket)
  await this.connect2Server(tcpSocket)

  for (let i = 0;i < 100; i++) {
    await tcpSocket.send({ data: i.toString() })
    await sleep(1)
  }
}

步骤4：编译运行，可以使用模拟器或者真机。

步骤5：运行回声服务器（需要读者自行开发或者等我拿到鸿蒙Next权限后写一个鸿蒙版本的回声服务器），然后配置客户端的服务端地址，然后单击“测试”按钮，执行后的截图如下所示：

截图清晰表明，出现了严重的粘包情况，客户端虽然是一个个发送的，代码如下所示：

//发送测试消息到服务端
async sendTestMsg2Server() {
  //执行TCP通讯的对象
  let tcpSocket = socket.constructTCPSocketInstance();
  await this.bind2Port(tcpSocket)
  await this.connect2Server(tcpSocket)

  for (let i = 0;i < 100; i++) {
    await tcpSocket.send({ data: i.toString() })
    await sleep(1)
  }
}

但是接收的时候和发送的不一样，是一堆堆接收的，原因是什么呢？

3.TCP粘包原因分析

TCP是一种面向流的数据传输协议，传输的对象是连续的字节流，内容之间并没有明确的分界标志，严格来说，并不存在粘包的问题，而通常所说的粘包，更多的是一种逻辑上的概念，也就是人为的把TCP传输的字节流划分成了一个个的数据包，发送端确定了数据包之间的边界，但是接收端并不能保证按照数据包的边界来接收。对于本示例中发送端和接收端不匹配的情况，还可能和下面的原因有关：

1）发送端启用了Nagle算法

发送端对于小包，可能会累计起来，到了一定的数据量或者其他条件满足才发送给接收端，这是导致粘包的一个重要原因。

2）TCP的滑动窗口机制

根据滑动窗口的机制，发送端一次发送数据量的多少并不完全是由自己决定的，还要受接收端的缓存大小限制，这也会导致发送端原本计划一次发送的数据包被分为多次发送。

3）MSS和MTU分片

如果一次需要发送的数据大于MSS或者MTU时，数据会被拆分成多个包进行传输，这也会导致粘包的产生。

4）接收端不及时接收

如果接收端不能及时接收缓冲区的数据包，那么在其后的某次接收中，就会出现接收多个数据包的情况。

4.TCP粘包问题解决方案

知道了数据粘包的原因，解决起来就有方向了，大体可以分为两种方案，一种是指定数据包结束标志，另外一种是通过固定包头指定包的长度，不过这两种方案都需要服务端配合才行，因为API 9版本的鸿蒙尚未支持TCP服务端，虽然更高的10、11支持了，但是我还没有这些版本的使用权限，暂时无法编写服务端程序，等以后开放了权限再补充编写粘包问题的解决方案示例吧。

（本文作者原创，除非明确授权禁止转载）

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