socket粘包

1 什麽是粘包

須知：只有TCP有粘包現象，UDP永遠不會粘包，首先需要掌握一個socket收發消息的原理，

所謂粘包問題主要還是因為接收方不知道消息之間的界限，不知道一次性提取多少字節的數據所造成的。

發送端可以是一K一K地發送數據，而接收端的應用程序可以兩K兩K地提走數據，當然也有可能一次提走3K或6K數據，或者一次只提走幾個字節的數據，也就是說，應用程序所看到的數據是一個整體，或說是一個流（stream），一條消息有多少字節對應用程序是不可見的，因此TCP協議是面向流的協議，這也是容易出現粘包問題的原因。

TCP協議層會把構成整條消息的數據段排序完成後才呈現在內核緩沖區。

例如基於tcp的套接字客戶端往服務端上傳文件，發送時文件內容是按照一段一段的字節流發送的，在接收方看了，根本不知道該文件的字節流從何處開始，在何處結束。

此外，發送方引起的粘包是由TCP協議本身造成的，TCP為提高傳輸效率，發送方往往要收集到足夠多的數據後才發送一個TCP段。若連續幾次需要send的數據都很少，通常TCP會根據優化算法把這些數據合成一個TCP段後一次發送出去，這樣接收方就收到了粘包數據。

1.TCP（傳輸控制協議）是面向連接的，面向流的，提供高可靠性服務，收發兩端（客戶端和服務端）都要有一一成對的socket，因此，發送端為了將多個發往接收端的包，更有效的發到對方，使用了優化方法（Nagle算法），將多次間隔較小且數據量小的數據，合並成一個大的數據塊，然後進行封包。這樣，接收端，就難於分辨出來，必須提供科學的拆包機制，即面向流的通信是無消息保護邊界的。

2.tcp是基於數據流的，於是收發的消息不能為空，這就需要在客戶端和服務端都添加空消息的處理機制，放置程序卡主。

Tcp的協議數據不會丟，沒有收完包，下次接收，會繼續上次繼續接收，己端總是在收到ack時才會清除緩沖區內容，數據是可靠的，但是會粘包。

兩種情況下會發生粘包：

發送端需要等緩沖區滿才發送出去，造成粘包（發送數據時間間隔很短，數據量很小，會合到一起，產生粘包）

#服務端
import socket,subprocess
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.bind(("127.0.0.1",8000))
s.listen(5)

conn,addr=s.accept()

data1=conn.recv(1024)
data2=conn.recv(1024)
print("第一個包",data1)
print("第二個包",data2)

conn.close()
s.close()
執行結果
第一個包 b‘helloworldSB‘
第二個包 b‘‘



#客戶端
import socket,subprocess
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.connect(("127.0.0.1",8000))
s.send("helloworld".encode("utf-8"))
s.send("SB".encode("utf-8"))

s.close()

解決粘包問題1：low..low方法 在客戶端加個時間延遲，暫且可以解決問題。

#服務端
import socket,subprocess
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.bind(("127.0.0.1",8000))
s.listen(5)

conn,addr=s.accept()

data1=conn.recv(1024)
data2=conn.recv(1024)
print("第一個包",data1)
print("第二個包",data2)

conn.close()
s.close()

執行結果
第一個包 b‘helloworld‘
第二個包 b‘SB‘



#客戶端
import socket,subprocess,time
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.connect(("127.0.0.1",8000))


s.send("helloworld".encode("utf-8"))
time.sleep(3)
s.send("SB".encode("utf-8"))

s.close()

接收方不及時接收緩沖區的包，造成多個包接收（客戶端發送了一段數據，服務端只收了一小部分，服務端下次再收的時候還是從緩沖區拿上次遺留的數據，產生粘包）　

#服務端
import socket,subprocess,time
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.bind(("127.0.0.1",8000))
s.listen(5)

conn,addr=s.accept()


data1=conn.recv(1)   #第一次收了個"h"
# time.sleep(5)
data2=conn.recv(1024) #第二次收了"elloworld"
print("第一個包",data1)
print("第二個包",data2)

conn.close()
s.close()



#客戶端
import socket,subprocess,time
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.connect(("127.0.0.1",8000))


s.send("helloworld".encode("utf-8"))
time.sleep(3)
s.send("SB".encode("utf-8"))

s.close()

解決粘包問題2：比方法1要減少一個low　

問題的根源在於，接收端不知道發送端將要傳送的字節流的長度，所以解決粘包的方法就是圍繞，如何讓發送端在發送數據前，把自己將要發送的字節流總大小讓接收端知曉，然後接收端來一個死循環接收完所有數據

low版本的解決方法　

模擬以太網協議封裝報頭：

報頭 特點:固定長度

包含對將要發送數據的描述信息

#服務端
import socket,subprocess,struct
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.bind(("127.0.0.1",8000))
s.listen(5)

while True:
    conn,addr=s.accept()
    while True:
        try:
            msg=conn.recv(1024)
            res=subprocess.Popen(msg.decode("utf-8"),
                                 shell=True,
                                 stdout=subprocess.PIPE,
                                 stderr=subprocess.PIPE)

            out_res=res.stdout.read()
            err_res=res.stderr.read()
            data_size=(len(out_res)+len(err_res))
            #發送報頭
            conn.send(struct.pack("i",data_size))
            #發送真實數據部分
            conn.send(out_res)
            conn.send(err_res)
        except Exception:
            break
    conn.close()
s.close()





#客戶端
#粘包 自己封裝報頭
import socket,struct
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.connect(("127.0.0.1",8000))

while True:
    msg=input("請輸入命令:").strip()
    if not msg:continue
    s.send(bytes(msg,encoding="utf-8"))
    #收報頭
    baotou=s.recv(4)
    data_size=struct.unpack("i",baotou)[0]

    #收收據
    recv_size=0
    recv_data=b""
    while recv_size <data_size:
        data=s.recv(1024)
        recv_size+=len(data)
        recv_data+=data
    print(recv_data.decode("gbk"))
s.close()

為字節流加上自定義固定長度報頭，報頭中包含字節流長度，然後一次send到對端，對端在接收時，先從緩存中取出定長的報頭，然後再取真實數據

3.struct模塊

該模塊可以把一個類型，如數字，轉成固定長度的bytes

>>> res=struct.pack(‘i‘,1111111111111) #打包成固定長度的bytes

>>> struct.unpack(“I”,res) #解包

2 大神解決粘包的方法

我們可以把報頭做成字典，字典裏包含將要發送的真實數據的詳細信息，然後json序列化，然後用struck將序列化後的數據長度打包成4個字節（4個自己足夠用了）

發送時：

先發報頭長度

再編碼報頭內容然後發送

最後發真實內容

接收時：

先手報頭長度，用struct取出來

根據取出的長度收取報頭內容，然後解碼，反序列化

從反序列化的結果中取出待取數據的詳細信息，然後去取真實的數據內容

#服務端
import socket,subprocess,struct,json
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.bind(("127.0.0.1",8000))
s.listen(5)

while True:
    conn,addr=s.accept()

    while True:
        try:
            msg=conn.recv(1024)
            res=subprocess.Popen(msg.decode("utf-8"),
                                 shell=True,
                                 stdout=subprocess.PIPE,
                                 stderr=subprocess.PIPE)
            out_res=res.stdout.read()
            err_res=res.stderr.read()
            data_size=len(out_res)+len(err_res)
            head_dic={"data_size":data_size}
            head_json=json.dumps(head_dic)
            head_bytes=head_json.encode("utf-8")#報頭
            #part1:先發報頭的長度
            head_len=len(head_bytes)
            conn.send(struct.pack("i",head_len))
            #part2：再發送報頭
            conn.send(head_bytes)
            #part3:最後發送數據真實部分
            conn.send(err_res)
            conn.send(out_res)
        except Exception:
             break

    conn.close()
s.close()


#客戶端
import socket,struct,json
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.connect(("127.0.0.1",8000))

while True:
    msg=input("請輸入命令:").strip()
    if not msg:continue
    s.send(bytes(msg,encoding="utf-8"))

    #part1:先收報頭的長度
    head_struct=s.recv(4)
    head_len=struct.unpack("i",head_struct)[0]

    #part2:再收報頭
    head_bytes=s.recv(head_len)
    head_json=head_bytes.decode("utf-8")
    head_dic=json.loads(head_json)
    data_size=head_dic["data_size"]

    #part3:收數據
    recv_size=0
    recv_data=b""
    while recv_size < data_size:
        data=s.recv(1024)
        recv_size+=len(data)
        recv_data+=data
    print(recv_data.decode("gbk"))
s.close()

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