深入讲解swoole处理粘包问题

环境如下

swoole 4.4.12
PHP 7.3.5 (cli) (built: May 6 2019 11:38:17) ( NTS )

一、粘包的概念

官方解释：粘包，指TCP协议中，发送方发送的若干包数据到接收方接收时粘成一包，从接收缓冲区看，后一包数据的头紧接着前一包数据的尾。
通俗解释：所谓粘包就是，一个数据在发送的时候跟上了另一个数据的信息，另一个数据的信息可能是完整的也可能是不完整的。

二、造成粘包的原因

出现粘包现象的原因是多方面的，它既可能由发送方造成，也可能由接收方造成。

发送方引起的粘包是由TCP协议本身造成的，TCP为提高传输效率,发送方往往要收集到足够多的数据后才发送一包数据。若连续几次发送的数据都很少，通常TCP会根据优化算法把这些数据合成包后一次发送出去，这样接收方就收到了粘包数据；
接收方引起的粘包是由于接收方用户进程不及时接收数据，从而导致粘包现象。这是因为接收方先把收到的数据放在系统接收缓冲区，用户进程从该缓冲区取数据，若下一包数据到达时前一包数据尚未被用户进程取走，则下一包数据放到系统接收缓冲区时就接到前一包数据之后，而用户进程根据预先设定的缓冲区大小从系统接收缓冲区取数据，这样就一次取到了多包数据。

三、粘包的解决

解决粘包的方法，就是分包。所谓分包，是指在出现粘包的时候我们的接收方要进行分包处理。
在长连接中分包的时候，数据包的边界如果发生错位，导致读出错误的数据分包，进而曲解原始数据含义，这点需要特别注意。

特殊字符分割
通过定义一个特殊的符号于package_eof，注意是客户端与服务端相互约定的，然后下一步就是客户端每次发送的时候都会在后面添加这个数据，服务端做数据的字符串处理（本质就是字符串切割的思路，在php中就是利用explode函数来处理）
但是这种处理方式也存在问题，就是如果数据包中本身就带有package_eof，在做字符串切割处理的时候，会造成错误的分包，从而曲解原始数据的意思。
固定包头+包体协议
通过定义好发送消息的tcp数据包的格式规范，对于服务端和客户端相互之间同时遵守这个规范，这种规范就是在tcp的数据包中携带上数据的长度，接收端（可能是服务端也可能是客户端）就可以根据这个长度，对接收到的数据进行截取，从而实现分包的目的。
这里补充需要用到两个基础的函数：
pack函数：https://php.golaravel.com/function.pack.html
unpack函数：https://php.golaravel.com/function.unpack.html
须知：一个字节 = 8个二进制位
如果对上面对pack和unpack函数不能够很好的理解，先跳过，看下面的代码实现，可助于理解

四、代码实现

传统方式实现

代码

tcp_server.php 服务端代码

<?php
/**
 * Create by PhpStorm
 * User : Actor
 * Date : 2019-12-24
 * Time : 21:02
 */

//创建Server对象，监听 127.0.0.1:9501端口
use Swoole\Server;

$serv = new Swoole\Server("127.0.0.1", 9501);
//监听连接进入事件
$serv->on('Connect', function ($serv, $fd) {
    //echo "WorkerClient ".$fd.": Connect.\n";
    $str = "我是服务端";
    $len = pack('n', strlen($str));
    $context = $len.$str;
    for($i=0; $i<10; $i++){
        $serv->send($fd, $context);
    }
});
//监听数据接收事件
$start = 0;
$serv->on('Receive', function ($serv, $fd, $from_id, $data) use (&$start) {
    // 接收客户端的信息（手动拆包）
    for ($i=0; $i<10; $i++){
        //因为这里，客户端/服务端的打包/解包的方式是'n'，查看手册，
        //是16位（占用2个字节），所以，截取0～2的字符串，再解包，就是客户端所发送数据的长度M了
        $pack = unpack('n', substr($data, $start,2));
        $len = $pack[1];//客户端所发送数据的长度M
        $start = ($len + 2) * ($i+1);//维护$start，下一段数据包截取的起点
        $context = substr($data, 2*($i+1)+$len*$i, $len);//从start～M截取数据包，获得客户端所发的完整真实的数据
        echo '收到信息：' . $context . "\r\n";
        sleep(1);//为了便于演示效果
    }
});
//监听连接关闭事件
$serv->on('Close', function ($serv, $fd) {
    echo "WorkerClient: ".$fd."Close.\n" ;
});
echo "启动swoole tcp server 访问地址 127.0.0.1:9501 \n";
//启动服务器
$serv->start();

tcp_sync_client.php 同步客户端代码

<?php
/**
 * Create by PhpStorm
 * User : Actor
 * Date : 2019-12-24
 * Time : 21:04
 */

$client = new swoole_client(SWOOLE_SOCK_TCP);
//连接到服务器
if (!$client->connect('127.0.0.1', 9501, 0.5)) {
    die("connect failed.");
}
//向服务器发送数据
$context = '我是同步客户端';
$len = pack('n', strlen($context));
//在发送数据的头部拼接$context长度的二进制值。为什么要二进制，因为只要确定了pack的打包方式，那么，这个二进制所占用的字节长度N是固定了，
//这样子，只要保持客户端和服务端的打包/解包方式一致，那么服务端拿到数据，只要从0到N截取数据包，就能获得到客户端发送数据的长度M，
//然后再从N开始截取长度为M的字符串，就是客户端发送的真实数据了
$send = $len.$context;
for ($i=0; $i<10; $i++){
    $client->send($send);
}
if (!$client->send("hello world")) {
    die("send failed.");
}
//从服务器接收数据
$data = $client->recv();
for ($i=0; $i<10; $i++){
    //因为这里，客户端/服务端约定的打包/解包的方式是'n'，查看手册，
    //是16位（占用2个字节），所以，截取0～2的字符串，再解包，就是客户端所发送数据的长度M了
    $pack = unpack('n', substr($data, $start,2));
    $len = $pack[1];//客户端所发送数据的长度M
    $start = ($len + 2) * ($i+1);//维护$start，下一段数据包截取的起点
    $context = substr($data, 2*($i+1)+$len*$i, $len);//从start～M截取数据包，获得客户端所发的完整真实的数据
    echo '收到信息：' . $context . "\r\n";
    sleep(1);//为了便于演示效果
}
$client->close();

tcp_async_client.php 异步客户端代码

<?php
/**
 * Create by PhpStorm
 * User : Actor
 * Date : 2020-03-29
 * Time : 12:06
 */

use Swoole\Async\Client;

$client = new Client(SWOOLE_SOCK_TCP);

$client->on("connect", function(Client $cli) {
    //$cli->send("GET / HTTP/1.1\r\n\r\n");
    //向服务器发送数据
    $context = '我是异步客户端';
    $len = pack('n', strlen($context));
    //在发送数据的头部拼接$context长度的二进制值。为什么要二进制，因为只要确定了pack的打包方式，那么，这个二进制所占用的字节长度N是固定了，
    //这样子，只要保持客户端和服务端的打包/解包方式一致，那么服务端拿到数据，只要从0到N截取数据包，就能获得到客户端发送数据的长度M，
    //然后再从N开始截取长度为M的字符串，就是客户端发送的真实数据了
    $send = $len.$context;
    for ($i=0; $i<10; $i++){
        $cli->send($send);
    }
});
//接收服务端发送过来的数据
$client->on("receive", function(Client $cli, $data){
    for ($i=0; $i<10; $i++){
        //因为这里，客户端/服务端约定的打包/解包的方式是'n'，查看手册，
        //是16位（占用2个字节），所以，截取0～2的字符串，再解包，就是客户端所发送数据的长度M了
        $pack = unpack('n', substr($data, $start,2));
        $len = $pack[1];//客户端所发送数据的长度M
        $start = ($len + 2) * ($i+1);//维护$start，下一段数据包截取的起点
        $context = substr($data, 2*($i+1)+$len*$i, $len);//从start～M截取数据包，获得客户端所发的完整真实的数据
        echo '收到信息：' . $context . "\r\n";
        sleep(1);//为了便于演示效果
    }
});
$client->on("error", function(Client $cli){
    echo "error\n";
});
$client->on("close", function(Client $cli){
    echo "Connection close\n";
});
$client->connect('127.0.0.1', 9501);

测试

接着开两个命令行窗口，分别执行如下命令：

[root@localhost swoole_04]#  php tcp_server.php
[root@localhost swoole_04]#  php tcp_sync_client.php

执行结果如下图

image.png

或者开两个个命令行窗口，分别执行如下命令：

[root@localhost swoole_04]#  php tcp_server.php
[root@localhost swoole_04]#  php tcp_async_client.php

执行结果如下图

image.png

可以看出，不管是同步客户端还是异步客户端，都与服务端同样实现了粘包的处理

swoole的方式处理粘包

代码
swoole_tcp_server.php 服务端代码

<?php
/**
 * Create by PhpStorm
 * User : Actor
 * Date : 2019-12-24
 * Time : 21:02
 */

//创建Server对象，监听 127.0.0.1:9501端口
$serv = new Swoole\Server("127.0.0.1", 9501);
//配置swoole的包长检测
$serv->set([
    'open_length_check' => true,
    'package_max_length' => 81920,
    'package_length_type' => 'n',
    'package_length_offset' => 0,
    'package_body_offset' => 2,
]);
//监听连接进入事件
$serv->on('Connect', function ($serv, $fd) {
    //echo "WorkerClient ".$fd.": Connect.\n";
    $str = "我是服务端";
    $len = pack('n', strlen($str));
    $context = $len.$str;
    for($i=0; $i<10; $i++){
        $serv->send($fd, $context);
    }
});
//监听数据接收事件
$start = 0;
$serv->on('Receive', function ($serv, $fd, $from_id, $data) use (&$start) {
    // 接收客户端的信息（手动拆包）
    //开启了open_length_check，接收数据后直接打印出来
    $info = $data."\r\n";
    echo "收到消息：".$info;
    sleep(1);//为了便于演示效果
});
//监听连接关闭事件
$serv->on('Close', function ($serv, $fd) {
    echo "WorkerClient: ".$fd."Close.\n" ;
});
echo "启动swoole tcp server 访问地址 127.0.0.1:9501 \n";
//启动服务器
$serv->start();

swoole_tcp_sync_client.php 同步客户端代码

<?php
/**
 * Create by PhpStorm
 * User : Actor
 * Date : 2019-12-24
 * Time : 21:04
 */

$client = new swoole_client(SWOOLE_SOCK_TCP);
//配置swoole的包长检测
$client->set([
    'open_length_check' => true,
    'package_max_length' => 81920,
    'package_length_type' => 'n',
    'package_length_offset' => 0,
    'package_body_offset' => 2,
]);
//连接到服务器
if (!$client->connect('127.0.0.1', 9501, 0.5)) {
    die("connect failed.");
}

//向服务器发送数据
$context = '我是同步客户端';
$len = pack('n', strlen($context));
//在发送数据的头部拼接$context长度的二进制值。为什么要二进制，因为只要确定了pack的打包方式，那么，这个二进制所占用的字节长度N是固定了，
//这样子，只要保持客户端和服务端的打包/解包方式一致，那么服务端拿到数据，只要从0到N截取数据包，就能获得到客户端发送数据的长度M，
//然后再从N开始截取长度为M的字符串，就是客户端发送的真实数据了
$send = $len.$context;
for ($i=0; $i<10; $i++){
    $client->send($send);
}

if (!$client->send("hello world")) {
    die("send failed.");
}

//从服务器接收数据
//使用swoole的包长检测机制实现拆包
for ($i=0; $i<10; $i++){
    $data = $client->recv();
    //开启了open_length_check，接收数据后直接打印出来
    $info = $data."\r\n";
    echo "收到消息：".$info;
    sleep(1);//为了便于演示效果
}

$client->close();

swoole_tcp_async_client.php 异步客户端代码

<?php
/**
 * Create by PhpStorm
 * User : Actor
 * Date : 2020-03-29
 * Time : 12:06
 */

use Swoole\Async\Client;

$client = new Client(SWOOLE_SOCK_TCP);
//配置swoole的包长检测
$client->set([
    'open_length_check' => true,
    'package_max_length' => 81920,
    'package_length_type' => 'n',
    'package_length_offset' => 0,
    'package_body_offset' => 2,
]);

$client->on("connect", function(Client $cli) {
    //$cli->send("GET / HTTP/1.1\r\n\r\n");
    //向服务器发送数据
    $context = '我是异步客户端';
    $len = pack('n', strlen($context));
    //在发送数据的头部拼接$context长度的二进制值。为什么要二进制，因为只要确定了pack的打包方式，那么，这个二进制所占用的字节长度N是固定了，
    //这样子，只要保持客户端和服务端的打包/解包方式一致，那么服务端拿到数据，只要从0到N截取数据包，就能获得到客户端发送数据的长度M，
    //然后再从N开始截取长度为M的字符串，就是客户端发送的真实数据了
    $send = $len.$context;
    for ($i=0; $i<10; $i++){
        $cli->send($send);
    }
});
//从服务端接收数据
$client->on("receive", function(Client $cli, $data){
    //开启了open_length_check，接收数据后直接打印出来
    $info = $data."\r\n";
    echo "收到消息：".$info;
    sleep(1);//为了便于演示效果

});
$client->on("error", function(Client $cli){
    echo "error\n";
});
$client->on("close", function(Client $cli){
    echo "Connection close\n";
});
$client->connect('127.0.0.1', 9501);

测试
接着开两个命令行窗口，分别执行如下命令：

[root@localhost swoole_04]#  php swoole_tcp_server.php
[root@localhost swoole_04]#  php swoole_tcp_sync_client.php

执行结果如下图

image.png

或者开两个命令行窗口，分别执行如下命令：

[root@localhost swoole_04]#  php swoole_tcp_server.php
[root@localhost swoole_04]#  php swoole_tcp_async_client.php

执行结果如下图

image.png

现在对pack、unpack函数应该更加能够理解了吧，喜欢记得点个赞～

五、总结

不管是原生的方式还是swoole的方式来实现粘包处理，原理都是一样的，都是在服务端和客户端共同约定相同的数据发送、接收规范（pack打包和unpack解包的方式），大家都遵循这套规范就行了；
对于swoole的方式，在配置open_length_check等内容的时候，要注意：
- 实例化完swoole的server或client（包括同步客户端和异步客户端）时，就要立即配置好swoole的包长检测
- 谁接收，谁来配置好swoole的包长检测。在上面的例子中，刚好服务端和客户端都需要接收数据，所以都配置了

最后，希望本文对大家能够有帮助，如有不足之处，欢迎指正！

最后编辑于：2020.05.22 21:05:48

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深入讲解swoole处理粘包问题

环境如下

一、粘包的概念

二、造成粘包的原因

三、粘包的解决

四、代码实现

五、总结

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