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  • 数据接收中粘包及半包的处理

        在使用TCP协议的网络应用中,不可避免需要处理的一个问题就是半包和粘包的情况。
        一种做法是在接收端设一个比较大的缓冲区,先将收到的数据包都放到缓冲区中,然后从该缓冲区中选取完整的数据包出来。该缓冲区的实现可以使用环形缓冲区进行优化,避免频繁的数据移动。使用该方法的一个描述见 http://www.vckbase.com/document/viewdoc/?id=1203  (重要)


        另外一种做法就是在接收的时候就只接收完整包。这要求数据包有固定的包头结构体,其中还要包含数据包的长度信息。在服务端接收的时候,先接收该包头数据,然后再接收指定长度的数据体。

        在ACE中,用于保存消息的ACE_Message_Block有一个重要的特性:复合。即将多条消息连接在一起,形成一个单链表。这样便可以将先收到的包头和后收到的包体连成一个复合体,而不用建一个大的数据包,将两个Message_Block拷贝进去。


        下面的示例采用ACE的Proactor框架完成,实现了服务器端半包及粘包的处理,以及ACE_Message_Block的复合,网络IO与逻辑处理的分离。

        在Proactor框架中,接收新连接后,会初始化一个读请求,此时只要求读包头长度的数据:

    代码
    void init_read_stream()
    {
    ACE_NEW_NORETURN (recv_data_, ACE_Message_Block (
    sizeof(PacketHeader), MB_NORMAL_PACKET));
    ACE_HANDLE handle
    = this->handle ();
    this->recv_data_->copy ((const char *)&handle, sizeof(ACE_HANDLE));
    this->reader_.read (*recv_data_, recv_data_->space ());
    }

        这里由于使用了网络IO与逻辑处理分线程处理的方式,递交给逻辑线程的数据包前面还加上了标识网络连接的handle,用以告诉逻辑线程该数据包是哪个客户端连接发上来的。

    递交给逻辑线程的数据包头结构为:

    struct PacketHeader
    {
    ACE_HANDLE handler;
    int data_length;
    };

    其中data_length就是从接收到的数据包中获取到的。


        对于粘包的情况比较容易处理,先收了包头后再接收指定长度的数据包,多余的数据由下次再读取。
        半包情况稍微复杂一点,每个数据包是分两次接收的,两次接收的时候都有可能接收不完全。

    当接收包头不完全时所做的处理是继续提交读请求,读的数据长度为剩余的包头长度

    if (this->recv_data_->length() < sizeof(PacketHeader))
    {
    // 数据包长度信息还未接收完
    this->reader_.read (*recv_data_, recv_data_->space ());
    return;
    }

    当包头接收完后,新建一个Message_Block,长度为需要接收的数据体长度,并将该Message_Block链接到包头后

    代码
    PacketHeader * hdr = reinterpret_cast<PacketHeader *> (this->recv_data_->rd_ptr());
    ACE_Message_Block
    * data_mb = this->recv_data_->cont();
    if (!data_mb)
    {
    // 刚刚接收完长度信息
    ACE_NEW (data_mb, ACE_Message_Block(hdr->data_length));
    this->recv_data_->cont (data_mb);
    }

    如果该数据包的包体接收完全,则将该完整的数据包发送到逻辑线程的消息队列,然后初始化一个新的接收请求

    if (data_mb->length () == hdr->data_length)
    {
    // 数据已接收完
    // 再继续接收下一个数据包
    logic_thread->putq (recv_data_);
    this->init_read_stream();
    return;
    }

    否则表示数据体还未接收完全,处理方法也是继续提交剩余数据的读请求
    this->reader_.read (*data_mb, data_mb->space ());
    直接该数据包读取完全。


    数据包接收处理函数的完整实现为:

    代码
    virtual void handle_read_stream (const ACE_Asynch_Read_Stream::Result &result)
    {
    ACE_Message_Block
    &mb = result.message_block ();
    if (!result.success () || result.bytes_transferred () == 0)
    {
    mb.release ();
    delete
    this;
    }
    else
    {
    if (this->recv_data_->length() < sizeof(PacketHeader))
    {
    // 数据包长度信息还未接收完
    this->reader_.read (*recv_data_, recv_data_->space ());
    return;
    }

    PacketHeader
    * hdr = reinterpret_cast<PacketHeader *> (this->recv_data_->rd_ptr());
    ACE_Message_Block
    * data_mb = this->recv_data_->cont();
    if (!data_mb)
    {
    // 刚刚接收完长度信息
    ACE_NEW (data_mb, ACE_Message_Block(hdr->data_length));
    this->recv_data_->cont (data_mb);
    }

    if (data_mb->length () == hdr->data_length)
    {
    // 数据已接收完
    // 再继续接收下一个数据包
    logic_thread->putq (recv_data_);
    this->init_read_stream();
    return;
    }

    // 否则继续接收该数据包
    this->reader_.read (*data_mb, data_mb->space ());
    }
    }
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