linux下socket编程处理TCP粘包

一、数据接收时会出现以下几种情况

一次接收到了客户端发送过来的一个完整的数据包
一次接收到了客户端发送过来的 N 个数据包，由于每个包的长度不定，无法将各个数据包拆开
一次接收到了一个或者 N 个数据包 + 下一个数据包的一部分，还是很悲剧，无法将数据包拆开
一次收到了半个数据包，下一次接收数据的时候收到了剩下的一部分 + 下个数据包的一部分，更悲剧，头大了
另外，还有一些不可抗拒的因素：比如客户端和服务器端的网速不一样，发送和接收的数据量也会不一致

二、几种解决方案

使用标准的应用层协议（比如：http、https）来封装要传输的不定长的数据包
在每条数据的尾部添加特殊字符，如果遇到特殊字符，代表当条数据接收完毕了
有缺陷：效率低，需要一个字节一个字节接收，接收一个字节判断一次，判断是不是那个特殊字符串
在发送数据块之前，在数据块最前边添加一个固定大小的数据头，这时候数据由两部分组成：数据头 + 数据块
数据头：存储当前数据包的总字节数，接收端先接收数据头，然后在根据数据头接收对应大小的字节
数据块：当前数据包的内容

三、数据头 + 数据块解决方案

如果使用 TCP 进行套接字通信，如果发送的数据包粘连到一起导致接收端无法解析，我们通常使用添加包头的方式轻松地解决掉这个问题。关于数据包的包头大小可以根据自己的实际需求进行设定，这里没有啥特殊需求，因此规定包头的固定大小为4个字节，用于存储当前数据块的总字节数。

3.1发送端

对于发送端来说，数据的发送分为 4 步：
1、根据待发送的数据长度 N 动态申请一块固定大小的内存：N+4（4 是包头占用的字节数）
2、将待发送数据的总长度写入申请的内存的前四个字节中，此处需要将其转换为网络字节序（大端）
3、将待发送的数据拷贝到包头后边的地址空间中，将完整的数据包发送出去（字符串没有字节序问题）
4、释放申请的堆内存。

由于发送端每次都需要将这个数据包完整的发送出去，因此可以设计一个发送函数，如果当前数据包中的数据没有发送完就让它一直发送，处理代码如下：

/*
函数描述: 发送指定的字节数
函数参数:- fd: 通信的文件描述符(套接字)- msg: 待发送的原始数据- size: 待发送的原始数据的总字节数
函数返回值: 函数调用成功返回发送的字节数, 发送失败返回-1
*/
int writen(int fd, const char* msg, int size)
{const char* buf = msg;int count = size;while (count > 0){int len = send(fd, buf, count, 0);if (len == -1){close(fd);return -1;}else if (len == 0){continue;}buf += len;count -= len;}return size;
}

有了这个功能函数之后就可以发送带有包头的数据块了，具体处理动作如下：

/*
函数描述: 发送带有数据头的数据包
函数参数:- cfd: 通信的文件描述符(套接字)- msg: 待发送的原始数据- len: 待发送的原始数据的总字节数
函数返回值: 函数调用成功返回发送的字节数, 发送失败返回-1
*/
int sendMsg(int cfd, char* msg, int len)
{if(msg == NULL || len <= 0 || cfd <=0){return -1;}// 申请内存空间: 数据长度 + 包头4字节(存储数据长度)char* data = (char*)malloc(len+4);int bigLen = htonl(len); memcpy(data, &bigLen, 4);  //将数据长度放入data段的前4个字节，这代表后面将要跟随的数据长度memcpy(data+4, msg, len);  //将数据放入4字节长度的后面// 发送数据int ret = writen(cfd, data, len+4);  //将数据发送出去// 释放内存free(data);return ret;
}

3.2 接收端

了解了套接字的发送端如何发送数据，接收端的处理步骤也就清晰了，具体过程如下：

1、首先接收 4 字节数据，并将其从网络字节序转换为主机字节序，这样就得到了即将要接收的数据的总长度
2、根据得到的长度申请固定大小的堆内存，用于存储待接收的数据
3、根据得到的数据块长度接收固定数目的数据保存到申请的堆内存中
4、处理接收的数据
5、释放存储数据的堆内存

从数据包头解析出要接收的数据长度之后，还需要将这个数据块完整的接收到本地才能进行后续的数据处理，因此需要编写一个接收数据的功能函数，保证能够得到一个完整的数据包数据，处理函数实现如下：

/*
函数描述: 接收指定的字节数
函数参数:- fd: 通信的文件描述符(套接字)- buf: 存储待接收数据的内存的起始地址- size: 指定要接收的字节数
函数返回值: 函数调用成功返回发送的字节数, 发送失败返回-1
*/
int readn(int fd, char* buf, int size)
{char* pt = buf;int count = size;while (count > 0){int len = recv(fd, pt, count, 0);if (len == -1){return -1;}else if (len == 0){return size - count;}pt += len;count -= len;}return size;
}

这个函数搞定之后，就可以轻松地接收带包头的数据块了，接收函数实现如下：

/*
函数描述: 接收带数据头的数据包
函数参数:- cfd: 通信的文件描述符(套接字)- msg: 一级指针的地址，函数内部会给这个指针分配内存，用于存储待接收的数据，这块内存需要使用者释放
函数返回值: 函数调用成功返回接收的字节数, 发送失败返回-1
*/
int recvMsg(int cfd, char** msg)
{// 接收数据// 1. 读数据头int len = 0;readn(cfd, (char*)&len, 4);  //先读出代表数据长度的前4个字节len = ntohl(len);printf("数据块大小: %d\n", len);// 根据读出的长度分配内存，+1 -> 这个字节存储\0char *buf = (char*)malloc(len+1);int ret = readn(cfd, buf, len);  //再读出真正长度的数据if(ret != len){close(cfd);free(buf);return -1;}buf[len] = '\0';*msg = buf;return ret;
}

这样，在进行套接字通信的时候通过调用封装的 sendMsg() 和 recvMsg() 就可以发送和接收带数据头的数据包了，而且完美地解决了粘包的问题。