简易游戏服务器—分包与粘包问题

粘包和分包是利用Socket在TCP协议下内部的优化机制。

1、什么是粘包

只有TCP有粘包现象，UDP永远不会粘包，为何，且听我娓娓道来。发送数据时间间隔很短，数据了很小，也就是发送数据比较频繁，会合到一起，产生粘包；

2、什么是分包

当我们发送的数据量很大的时候，可能是几千字节，TCP就会自动分开发送，其实说通俗点，就是你去拿快递，一看20个，一次拿不完，分几次拿！

3、总结

指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。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一包后一次发送出去，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。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。

在前面的测试程序中，是没有粘包问题的，这时候你可能有疑惑，我为啥数据会发送的特别快，我们以游戏服务器举例，比如游戏有联机对战功能，这时候肯定是需要同步位置信息的，这个频率是很快的，大约每秒就要40~80次，这个时候就会出现粘包问题。

其实很简单只要简单修改一下客户端即可。

1、程序测试 — 粘包问题

客户端：

服务器查看调试信息：

服务器已启动......

有一个客户端进行连接成功......

从客户端接收到的数据：0

从客户端接收到的数据：123

从客户端接收到的数据：4567

从客户端接收到的数据：8910

从客户端接收到的数据：1112131415

从客户端接收到的数据：161718

从客户端接收到的数据：192021222324

从客户端接收到的数据：25262728

从客户端接收到的数据：2930313233

从客户端接收到的数据：34353637

从客户端接收到的数据：38394041

从客户端接收到的数据：42434445

从客户端接收到的数据：46474849

从客户端接收到的数据：50515253

从客户端接收到的数据：5455565758

从客户端接收到的数据：59606162636465666768

从客户端接收到的数据：6970717273

从客户端接收到的数据：74757677

从客户端接收到的数据：78798081

从客户端接收到的数据：82838485

从客户端接收到的数据：86878889

从客户端接收到的数据：90919293

从客户端接收到的数据：9495969798

从客户端接收到的数据：99

（很明显数据没有发送100次）

1、程序测试 — 粘包问题

客户端：

服务器查看调试信息：

服务器已启动......

有一个客户端进行连接成功......

从客户端接收到的数据：

0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000撒大声地所多所多所多所多所多所多所多所多所多所000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000撒大声地所多所多所多所多所多所多所多所多所多所多所多所多所多所多撒大声地所 多所多所多所多所多所多所多所多所多所多所多所多所多所多撒大声地所多所多所多所多所多所多所多所多所多所多所多所多所多所多000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000----------------------------------------------------------------撒大声地所多所多所多所多所多所多所多所多所?

从客户端接收到的数据：

77777777777777777777777777777777777777777777777777777777790909090909090909090909090909090909090000000000000000000000000099

（可以看出服务器是分两次接收的，但其实只要static byte[] dataBuffer = new byte[1024]给的空间足够大，分包问题就可解决）

其实也很好解决，我们在发送数据的时候事先存储数据的长度，不过用来存储数据长度的内存大小需要指定好，否则就没法判断了。

假设我们现在的数据出现了粘包，如下图所示：

这里只是演示一下，如果只有连续发送4次数据，一般是不会出现粘包的，看上图橙色部分表示我们用一个int32类型储存数据的长度，蓝色部分为我们实际要发送的数据，现在发生了粘包，也就是这四条数据合在一起发送给了服务器，

此时这条数据的总大小为 4字节 * 4 + 5 + 7 + 10 + 4 = 42字节

我们通过读取4字节数据可以知道数据的实际长度，以第一个数据为例，我们读取4字节数据，知道了这个数据有5个字节，程序如下：

int data_length = BitConverter.ToInt32(_data, 0)

此时的data_length = 5此时我们就读取这5个字节的数据即可！

string s = Encoding.UTF8.GetString(_data, 4, 5)

然后我们截取数据，从源数据的第4 + 5的位置开始截取到一个新数组，新字节数组索引从零开始，此时新字节数据的长度为42 - (5 + 4)；（下图为新字节数组）

Array.Copy(_data, 5 + 4, _data, 0, 42 - (5 + 4))

依次循环下去，粘包就被成功的分包了。当然这个不要忘记每次更新一下当前数据长度。

_curLength = _curLength - (data_length + 4)// _curLength = 42 - (5 + 4)

1、客户端

创建Message类，用于发送数据前做处理，使得首4字节储存数据长度。

Message：

Main：

2、服务端

创建Message类，解决粘包问题！

Main：

服务器查看调试信息：

服务器已启动......

有一个客户端进行连接成功......

解析到一条数据：0米

4

8

解析到一条数据：1米

4

630

解析到一条数据：2米

4

622

解析到一条数据：3米

4

614

解析到一条数据：4米

4

606

解析到一条数据：5米

4

598

解析到一条数据：6米

4

590

解析到一条数据：7米

4

582

解析到一条数据：8米

4

574

解析到一条数据：9米

4

566

解析到一条数据：10米

5

558

..............................................................................

解析到一条数据：98米

5

18

解析到一条数据：99米

5

9

有客户端退出.....

你解决个屁，异步接收的情况下，把_data数组调大点就完了，傻逼，咱们是做游戏！一般不会有分包问题！！

一般socket链接有以下两种方式：长（常）链接和短链接。

长链接：当数据发送完成后socket链接不断开。一直保留到异常或者是程序退出为止 ，这种方式的好处是不用每次去发起连接断开，在速度上可以比短连接要快一些，但是相 对来说对服务器的资源压力也要大些。长链接用的范围很广，比如游戏系统，qq等等，长 （常）链接一般还需要定时向服务器ping数据，以保证socket链接畅通。当ping不通服务 器时，需要重新开启链接。

短链接：当一次数据发送完毕后，主动断开链接，每次发送数据都要一次链接、断开 操作，这种方式的好处是：对服务器的资源占用相对来说比较小，但是由于每次都要重新 链接，速度开销上也比较大，这种方式对于那种不需要经常与服务器交互的情况下比较适 用。

上面两种方法在用户量非常大的情况下都存在着很大的不足，因此，考虑可以用 一种折衷的办法，那就是使用socket的连接池。

程序一开始初始化创建若干数量的长链接。给他们设置一个标识位，这个标识位表示 该链接是否空闲的状态。当需要发送数据的时候，系统给它分配一个当前空闲的链接。同 时，将得到的链接设置为“忙”，当数据发送完毕后，把链接标识位设置为 “闲”，让系统可以分配给下个用户，这样使得两种方式的优点都充分的发挥 出来了。用户数量足够多的时候，只需要动态增加链接池的数量即可。

下面我们用具体的程序来讲解下：

首先声明一个socket类：

public class XieGouSocket

{

public Socket m_socket//Socket对象

public bool m_isFree//判断是否空闲

public int m_index//在链接缓存池中的索引值

}

下面的函数是创建socket链接池，这里为了使代码更加清晰，特地把异常处理部分 全部取掉了。

public XieGouSocket[] m_socket//先定义个缓冲池

public void CreateSocketPool()

{

string ip= “127.0.0.1”

string port= 2003

IPAddress serverIp=IPAddress.Parse(ip)

int serverPort=Convert.ToInt32(port)

IPEndPoint iep=new IPEndPoint(serverIp,serverPort)

m_socket = new XieGouSocket[200]

for(int i =0i {

m_socket[i] = new XieGouSocket()

m_socket[i].m_index = i

m_socket[i].m_isFree = true

m_socket[i].m_socket =new Socket (AddressFamily.InterNetwork,SocketType.Stream,ProtocolType.Tcp)

m_socket[i].m_socket.SetSocketOption (SocketOptionLevel.Socket,SocketOptionName.SendTimeout,1000)

m_socket[i].m_socket.Connect(iep)

}

}

下面的函数是获取当前空闲的socket链接：

因为是多线程，所以需要加一个原子操作，定义一个原子变量，以防止多个线程 之间抢占资源问题的发生。

private static Mutex m_mutex=new Mutex()

public static XieGouSocket GetFreeConnection()

{

m_mutex.WaitOne()//先阻塞

for(int i =0i {

if(m_socket[i].m_isFree) //如果找到一个空闲的

{

m_socket[i].m_isFree = false

m_mutex.ReleaseMutex()//释放资源

return m_socket[i]

}

}

//如果没有空闲的链接，要么等待，要么程序再动态创建一个链接。

m_mutex.ReleaseMutex()//释放资源

return null

}

当数据发送完毕后，程序必须将m_isFree 设置为 False。否则只使用不释放，程序很 快就溢出了。

套接字(Socket)，就是对网络中不同主机上的应用进程之间进行双向通信的端点的抽象。

一个套接字就是网络上进程通信的一端，提供了应用层进程利用网络协议交换数据的机制。从所处的地位来讲，套接字上联应用进程，下联网络协议栈，是应用程序通过网络协议进行通信的接口，是应用程序与网络协议根进行交互的接口。

套接字是通信的基石，是支持TCP/IP协议的路通信的基本操作单元。

可以将套接字看作不同主机间的进程进行双间通信的端点，它构成了单个主机内及整个网络间的编程界面。套接字存在于通信域中，通信域是为了处理一般的线程通过套接字通信而引进的一种抽象概念。

套接字通常和同一个域中的套接字交换数据(数据交换也可能穿越域的界限，但这时一定要执行某种解释程序)，各种进程使用这个相同的域互相之间用Internet协议簇来进行通信。

Socket(套接字)可以看成是两个网络应用程序进行通信时，各自通信连接中的端点，这是一个逻辑上的概念。它是网络环境中进程间通信的API(应用程序编程接口)，也是可以被命名和寻址的通信端点，使用中的每一个套接字都有其类型和一个与之相连进程。

通信时其中一个网络应用程序将要传输的一段信息写入它所在主机的 Socket中，该 Socket通过与网络接口卡(NIC)相连的传输介质将这段信息送到另外一台主机的 Socket中，使对方能够接收到这段信息。

Socket是由IP地址和端口结合的，提供向应用层进程传送数据包的机制。

类型

1、数据报套接字

无连接套接字，使用用户数据报协议(UDP)。在数据报套接字上发送或接收的每个数据包都单独寻址和路由。数据报套接字不能保证顺序和可靠性，因此从一台机器或进程发送到另一台机器或进程的多个数据包可能以任何顺序到达或可能根本不到达。在数据报套接字上发送广播可能需要特殊配置。

为了接收广播数据包，数据报套接字不应该绑定到特定地址，尽管在某些实现中，当数据报套接字绑定到特定地址时也可能接收广播数据包。

2、流套接字

面向连接的套接字，使用传输控制协议(TCP)、流控制传输协议(SCTP) 或数据报拥塞控制协议(DCCP)。流套接字提供了无记录边界的有序且独特的无错误数据流，并具有用于创建和销毁连接以及报告错误的明确定义的机制。

流套接字以带外功能可靠地、有序地传输数据。在 Internet 上，流套接字通常使用 TCP 实现，以便应用程序可以使用 TCP/IP 协议在任何网络上运行。

3、原始套接字

允许直接发送和接收 IP 数据包，无需任何特定于协议的传输层格式。对于其他类型的套接字，根据选择的传输层协议（例如 TCP、UDP）自动封装有效载荷，并且套接字用户不知道与有效载荷一起广播的协议头的存在。从原始套接字读取时，通常包含标头。

从原始套接字传输数据包时，自动添加标头是可选的。

大多数套接字应用程序编程接口(API)，例如基于Berkeley 套接字的那些，支持原始套接字。Windows XP于 2001 年发布，在Winsock接口中实现了原始套接字支持，但三年后，微软出于安全考虑限制了 Winsock 的原始套接字支持。

原始套接字用于与安全相关的应用程序，如Nmap。原始套接字的一个用例是在用户空间中实现新的传输层协议。

原始套接字通常在网络设备中可用，用于路由协议，例如Internet 组管理协议(IGMP) 和开放最短路径优先(OSPF)，以及用于Internet 控制消息协议(ICMP) 等事情，由ping 实用程序。

以上内容参考 百度百科-套接字

---