python3全栈开发-什么是粘包、粘包现象、如何解决粘包

1、粘包现象

让咱们基于tcp先制做一个远程执行命令的程序（1：执行错误命令 2：执行ls 3：执行ifconfig）

注意注意注意：

res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),
shell=True,
stderr=subprocess.PIPE,
stdout=subprocess.PIPE)

的结果的编码是以当前所在的系统为准的，若是是windows，那么res.stdout.read()读出的就是GBK编码的，在接收端需要用GBK解码

且只能从管道里读一次结果

注意：命令的结果是既有正确stdout结果，又有错误stderr结果

from socket import *
import subprocess ip_port=('172.16.11.161',8080) BUFSIZE=1024 tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) tcp_socket_server.bind(ip_port) tcp_socket_server.listen(5) while True: conn,addr=tcp_socket_server.accept() print('客户端',addr) while True: try: cmd=conn.recv(BUFSIZE) if len(cmd) == 0:break res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'), shell=True, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE) stderr=res.stderr.read() stdout=res.stdout.read() conn.send(stderr) conn.send(stdout) except Exception: break conn.close()

服务端口

import socket BUFSIZE=1024 ip_port=('172.16.11.161',8080) s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) res=s.connect_ex(ip_port) while True: msg=input('>>: ').strip() if len(msg) == 0:continue
    if msg == 'quit':break s.send(msg.encode('utf-8')) act_res=s.recv(BUFSIZE) print(act_res.decode('GBK'),end='')

客户端口

上述程序是基于tcp的socket，在运行时会发生粘包

2、 什么是粘包

须知：只有TCP有粘包现象，UDP永远不会粘包，

首先须要掌握一个socket收发消息的原理

 

发送端能够是一K一K地发送数据，而接收端的应用程序能够两K两K地提走数据，固然也有可能一次提走3K或6K数据，或者一次只提走几个字节的数据，也就是说，应用程序所看到的数据是一个总体，或说是一个流（stream），一条消息有多少字节对应用程序是不可见的，所以TCP协议是面向流的协议，这也是容易出现粘包问题的缘由。而UDP是面向消息的协议，每一个UDP段都是一条消息，应用程序必须以消息为单位提取数据，不能一次提取任意字节的数据，这一点和TCP是很不一样的。怎样定义消息呢？能够认为对方一次性write/send的数据为一个消息，须要明白的是当对方send一条信息的时候，不管底层怎样分段分片，TCP协议层会把构成整条消息的数据段排序完成后才呈如今内核缓冲区。

例如基于tcp的套接字客户端往服务端上传文件，发送时文件内容是按照一段一段的字节流发送的，在接收方看了，根本不知道该文件的字节流从何处开始，在何处结束

所谓粘包问题主要仍是由于接收方不知道消息之间的界限，不知道一次性提取多少字节的数据所形成的。

此外，发送方引发的粘包是由TCP协议自己形成的，TCP为提升传输效率，发送方每每要收集到足够多的数据后才发送一个TCP段。若连续几回须要send的数据都不多，一般TCP会根据优化算法把这些数据合成一个TCP段后一次发送出去，这样接收方就收到了粘包数据。

1. TCP（transport control protocol，传输控制协议）是面向链接的，面向流的，提供高可靠性服务。收发两端（客户端和服务器端）都要有一一成对的socket，所以，发送端为了将多个发往接收端的包，更有效的发到对方，使用了优化方法（Nagle算法），将屡次间隔较小且数据量小的数据，合并成一个大的数据块，而后进行封包。这样，接收端，就难于分辨出来了，必须提供科学的拆包机制。 即面向流的通讯是无消息保护边界的。
2. UDP（user datagram protocol，用户数据报协议）是无链接的，面向消息的，提供高效率服务。不会使用块的合并优化算法，, 因为UDP支持的是一对多的模式，因此接收端的skbuff(套接字缓冲区）采用了链式结构来记录每个到达的UDP包，在每一个UDP包中就有了消息头（消息来源地址，端口等信息），这样，对于接收端来讲，就容易进行区分处理了。 即面向消息的通讯是有消息保护边界的。
3. tcp是基于数据流的，因而收发的消息不能为空，这就须要在客户端和服务端都添加空消息的处理机制，防止程序卡住，而udp是基于数据报的，即使是你输入的是空内容（直接回车），那也不是空消息，udp协议会帮你封装上消息头，实验略

udp的recvfrom是阻塞的，一个recvfrom(x)必须对惟一一个sendinto(y),收完了x个字节的数据就算完成,如果y>x数据就丢失，这意味着udp根本不会粘包，可是会丢数据，不可靠

tcp的协议数据不会丢，没有收完包，下次接收，会继续上次继续接收，己端老是在收到ack时才会清除缓冲区内容。数据是可靠的，可是会粘包。

两种状况下会发生粘包。

发送端须要等缓冲区满才发送出去，形成粘包（发送数据时间间隔很短，数据了很小，会合到一块儿，产生粘包）

from socket import * ip_port=('1.1.1.1',8080)  #本身地址的IP
 tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) tcp_socket_server.bind(ip_port) tcp_socket_server.listen(5) conn,addr=tcp_socket_server.accept() data1=conn.recv(10) data2=conn.recv(10) print('----->1',data1.decode('utf-8')) print('----->2',data2.decode('utf-8')) conn.close()

服务端

import socket ip_port=('1.1.1.1',8080) s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) res=s.connect(ip_port) s.send('hello'.encode('utf-8')) s.send('feng'.encode('utf-8'))

客户端

接收方不及时接收缓冲区的包，形成多个包接收（客户端发送了一段数据，服务端只收了一小部分，服务端下次再收的时候仍是从缓冲区拿上次遗留的数据，产生粘包） 

from socket import * ip_port=('1.1.1.1',8080) tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) tcp_socket_server.bind(ip_port) tcp_socket_server.listen(5) conn,addr=tcp_socket_server.accept() data1=conn.recv(2) #一次没有收完整
data2=conn.recv(10)#下次收的时候,会先取旧的数据,而后取新的

print('----->1',data1.decode('utf-8')) print('----->2',data2.decode('utf-8')) conn.close()

服务端

import socket ip_port=('1.1.1.1',8080) s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) res=s.connect(ip_port) s.send('hello duoduo'.encode('utf-8'))

客户端

拆包的发生状况

当发送端缓冲区的长度大于网卡的MTU时，tcp会将此次发送的数据拆成几个数据包发送出去。

补充问题一：为什么tcp是可靠传输，udp是不可靠传输

基于tcp的数据传输，tcp在数据传输时，发送端先把数据发送到本身的缓存中，而后协议控制将缓存中的数据发往对端，对端返回一个ack=1，发送端则清理缓存中的数据，对端返回ack=0，则从新发送数据，因此tcp是可靠的

而udp发送数据，对端是不会返回确认信息的，所以不可靠

补充问题二：send(字节流)和recv(1024)及sendall

recv里指定的1024意思是从缓存里一次拿出1024个字节的数据

send的字节流是先放入己端缓存，而后由协议控制将缓存内容发往对端，若是待发送的字节流大小大于缓存剩余空间，那么数据丢失，用sendall就会循环调用send，数据不会丢失

3、 解决粘包的low比处理方法

问题的根源在于，接收端不知道发送端将要传送的字节流的长度，因此解决粘包的方法就是围绕，如何让发送端在发送数据前，把本身将要发送的字节流总大小让接收端知晓，而后接收端来一个死循环接收完全部数据

low版本的解决方法

import socket,subprocess ip_port=('1.1.1.1',8080) s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1) s.bind(ip_port) s.listen(5) while True: conn,addr=s.accept() print('客户端',addr) while True: msg=conn.recv(1024) if not msg:break res=subprocess.Popen(msg.decode('utf-8'), shell=True, stderr=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE) err=res.stderr.read() if err: ret=err else: ret=res.stdout.read() data_length=len(ret) conn.send(str(data_length).encode('utf-8')) data=conn.recv(1024).decode('utf-8') if data == 'recv_ready': conn.sendall(ret) conn.close()

服务端

import socket s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) res=s.connect_ex(('1.1.1.1',8080)) while True: msg=input('>>: ').strip() if len(msg) == 0:continue
    if msg == 'quit':break s.send(msg.encode('utf-8')) length=int(s.recv(1024).decode('utf-8')) s.send('recv_ready'.encode('utf-8')) send_size=0 recv_size=0 data=b''
    while recv_size < length: data+=s.recv(1024) recv_size+=len(data) print(data.decode('gbk'))

客户端

为什么low：

程序的运行速度远快于网络传输速度，因此在发送一段字节前，先用send去发送该字节流长度，这种方式会放大网络延迟带来的性能损耗

4、 多多哥解决粘包的方法

为字节流加上自定义固定长度报头，报头中包含字节流长度，而后一次send到对端，对端在接收时，先从缓存中取出定长的报头，而后再取真实数据

struct模块 

该模块能够把一个类型，如数字，转成固定长度的bytes

>>> struct.pack('i',1111111111111)

。。。。。。。。。

struct.error: 'i' format requires -2147483648 <= number <= 2147483647 #这个是范围

import json,struct #假设经过客户端上传1T:1073741824000的文件a.txt

#为避免粘包,必须自定制报头
header={'file_size':1073741824000,'file_name':'/a/b/c/d/e/a.txt','md5':'8f6fbf8347faa4924a76856701edb0f3'} #1T数据,文件路径和md5值

#为了该报头能传送,须要序列化而且转为bytes
head_bytes=bytes(json.dumps(header),encoding='utf-8') #序列化并转成bytes,用于传输

#为了让客户端知道报头的长度,用struck将报头长度这个数字转成固定长度:4个字节
head_len_bytes=struct.pack('i',len(head_bytes)) #这4个字节里只包含了一个数字,该数字是报头的长度

#客户端开始发送
conn.send(head_len_bytes) #先发报头的长度,4个bytes
conn.send(head_bytes) #再发报头的字节格式
conn.sendall(文件内容) #而后发真实内容的字节格式

#服务端开始接收
head_len_bytes=s.recv(4) #先收报头4个bytes,获得报头长度的字节格式
x=struct.unpack('i',head_len_bytes)[0] #提取报头的长度
 head_bytes=s.recv(x) #按照报头长度x,收取报头的bytes格式
header=json.loads(json.dumps(header)) #提取报头

#最后根据报头的内容提取真实的数据,好比
real_data_len=s.recv(header['file_size']) s.recv(real_data_len)

import socket,struct,json import subprocess phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加
 phone.bind(('127.0.0.1',8080)) phone.listen(5) while True: conn,addr=phone.accept() while True: cmd=conn.recv(1024) if not cmd:break
        print('cmd: %s' %cmd) res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'), shell=True, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE) err=res.stderr.read() print(err) if err: back_msg=err else: back_msg=res.stdout.read() conn.send(struct.pack('i',len(back_msg))) #先发back_msg的长度
        conn.sendall(back_msg) #在发真实的内容
 conn.close()

服务端自定制报头

import socket,struct s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) res=s.connect_ex(('127.0.0.1',8080)) while True: msg=input('>>: ').strip() if len(msg) == 0:continue
    if msg == 'quit':break s.send(msg.encode('utf-8')) l=s.recv(4) x=struct.unpack('i',l)[0]    #解包struct
    print(type(x),x) # print(struct.unpack('I',l))
    r_s=0 data=b''
    while r_s < x: r_d=s.recv(1024) data+=r_d r_s+=len(r_d) print(data.decode('gbk')) #windows默认gbk编码

客户端自定制报头

咱们能够把报头作成字典，字典里包含将要发送的真实数据的详细信息，而后json序列化，而后用struck将序列化后的数据长度打包成4个字节（4个本身足够用了）

发送时：

先发报头长度

再编码报头内容而后发送

最后发真实内容

 

接收时：

先手报头长度，用struct取出来

根据取出的长度收取报头内容，而后解码，反序列化

从反序列化的结果中取出待取数据的详细信息，而后去取真实的数据内容

import socket,struct,json import subprocess phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加
 phone.bind(('127.0.0.1',8080)) phone.listen(5) while True: conn,addr=phone.accept() while True: cmd=conn.recv(1024) if not cmd:break
        print('cmd: %s' %cmd) res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'), shell=True, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE) err=res.stderr.read() print(err) if err: back_msg=err else: back_msg=res.stdout.read() headers={'data_size':len(back_msg)} head_json=json.dumps(headers) head_json_bytes=bytes(head_json,encoding='utf-8') conn.send(struct.pack('i',len(head_json_bytes))) #先发报头的长度
        conn.send(head_json_bytes) #再发报头
        conn.sendall(back_msg) #在发真实的内容
 conn.close()

定制复杂点的报头服务端

from socket import *
import struct,json ip_port=('127.0.0.1',8080) client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) client.connect(ip_port) while True: cmd=input('>>: ') if not cmd:continue client.send(bytes(cmd,encoding='utf-8')) head=client.recv(4) head_json_len=struct.unpack('i',head)[0] head_json=json.loads(client.recv(head_json_len).decode('utf-8')) data_len=head_json['data_size'] recv_size=0 recv_data=b''
    while recv_size < data_len: recv_data+=client.recv(1024) recv_size+=len(recv_data) print(recv_data.decode('gbk')) #windows默认gbk编码

客户端