粘包的解决-消息定界（转）

一.引子与协议说明

以前开发了一个项目——车载导航系统。遇到的第一个问题就是硬件设备如何与服务器通讯。

关键在于通讯协议！

众所周知：要想实现通讯，首先通讯双方就要达成通讯协议。

话很少说，且看协议：

————————————————华丽的分割线—————————————————

以上的这些协议说明是否是看得很头大呢？

遵循如此这般的通讯协议的硬件设备又如何才能与服务器以及PC顺利通讯呢？

还请各位看官稍安勿躁！且听我娓娓道来！

二.基础知识-TCP与粘包

咱们都知道，互联网的核心是TCP/IP协议簇。其中TCP（传输控制协议）是一种面向链接的、可靠的、基于字节流的传输层协议。另外咱们大概都听过一个词，叫作“粘包”，然而不少人对其内涵不甚了了。其实，粘包问题和TCP密切相关。由于TCP是面向链接的并且基于字节流，咱们能够用一根水管来比喻TCP的工做方式。

字节流就跟水流同样，当两个消息一块儿读取时，你没法分别出两者的边界。

三.粘包的解决-消息定界

为了解决粘包问题，就须要对消息定界。

方法1：文本协议模式

方法2：二进制协议模式

文本协议模式经过在消息尾部加上特殊的标志来做为划分消息的依据；
二进制协议则将消息封装成消息头+消息体，经过解析定长消息头，而后从消息头中取得消息体长度，进一步解析出消息体
 
——从而粘包的问题获得了解决。

四.回到问题-协议选择

以上是硬件设备的消息结构，从中咱们既可以看到文本协议的影子也可以看到二进制协议的影子。

由于含有标志位，因此能够采用文本协议。

而后咱们将开头的标志位做为消息头的一部分，剩下的部分都当成消息体，那么就是一个二进制协议的形式。二进制协议的两个要求是：1.消息头定长 2.消息头中能解析出消息体长度。而这个消息结构是知足这个要求的。

五.文本协议实现示例

    // 摘要:
    // 文本协议助手接口。
    public interface ITextContractHelper
    {
        // 摘要:
        // 消息结束标识符（通过编码后获得的字节数组）的集合。
        // 好比通常应用使、用"\0"做为消息结束标志，那么，集合中只有一个元素（"\0"的二进制）。
        // 有的应用可能有多个标识符（如"\0"、"\n"及其它）均可以做为消息的结束标志，则集合中就有多个元素。
        // 若是设置为null，引擎则不进行消息完整性识别及构造，每次接收到数据，就直接触发MessageReceived事件。
        List<byte[]> EndTokens { get; }
    }

文本协议助手接口定义了采用文本协议的最基本的规范——具有消息结束符。接下来咱们来看该接口的一个简单的实现。

    public class DefaultTextContractHelper : ITextContractHelper
    {        
        public DefaultTextContractHelper(params string[] endTokenStrs)
        {
            this.endTokens = new List<byte[]>(); ;
            if (endTokenStrs == null || endTokenStrs.Length == 0)
            {
                return;
            }

            foreach (string str in endTokenStrs)
            {
                this.endTokens.Add(System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes(str));
            }
        }

        private List<byte[]> endTokens;
        public List<byte[]> EndTokens
        {
            get
            {
                return this.endTokens;
            }
        }
    }

其实文本协议的本质就是：消息的结束符通过编码（好比UTF-8）后获得的字节数组做为字节流中识别消息边界的标志。

咱们将其注入通讯引擎，引擎便可根据咱们设置的标志来分割出一个个消息。

  //初始化并启动客户端引擎（TCP、文本协议）
   this.tcpPassiveEngine = NetworkEngineFactory.CreateTextTcpPassiveEngine(this.textBox_IP.Text, int.Parse(this.textBox_port.Text), new DefaultTextContractHelper("\0"));

Demo中用“\0”来做为消息结束标志。咱们知道，消息结束符是咱们人为的加到消息尾部，而真正的消息是不具有这样的内容的。因此在收到消息时咱们须要剔除这个结束符，也就是解封。

 void tcpPassiveEngine_MessageReceived(System.Net.IPEndPoint serverIPE, byte[] bMsg)
{
    string msg = System.Text.Encoding.UTF8.GetString(bMsg); //消息使用UTF-8编码
    msg = msg.Substring(0, msg.Length - 1); //将结束标记"\0"剔除
    this.ShowMessage(msg);
 }       

附：文本协议demo源码下载

 

六.二进制协议Demo实现示例

    // 摘要:
    //     二进制协议助手接口。
    public interface IStreamContractHelper
    {
        // 摘要:
        //     消息头的长度。
        int MessageHeaderLength { get; }

        // 摘要:
        //     从消息头中解析出消息体的长度（注意，不是整个消息的长度，而是不包含消息头的Body的长度）。
        //
        // 参数:
        //   head:
        //     完整的消息头，长度固定为MessageHeaderLength
        int ParseMessageBodyLength(byte[] head);
    }

文本协议助手接口定义了采用文本协议的最基本的规范——消息头定长，从消息头中可以解析出消息体长度。接下来咱们看一个该接口的简单实现：消息头规定为8个字节，其中头4个字节存放一个int类型的消息体长度。

    public class StreamContractHelper : IStreamContractHelper
    {
        public int MessageHeaderLength
        {
            get { return 8; }
        }

        public int ParseMessageBodyLength(byte[] head)
        {
            return BitConverter.ToInt32(head, 0);
        }
    }

咱们将其注入通讯引擎，引擎便可识别消息头、取出消息体长度来分割出一个个消息。

 //初始化并启动客户端引擎（TCP、文本协议）
 this.tcpPassiveEngine = NetworkEngineFactory.CreateStreamTcpPassivEngine(this.textBox_IP.Text, int.Parse(this.textBox_port.Text), new StreamContractHelper());

附：二进制协议demo源码下载

 

七.总结

本文旨在介绍文本协议设计的通常方法，经过对于文本协议与二进制协议的本质的掌握，你们就能根据实际的须要来针对性的实现其通讯协议了。你们能够根据这个通常的方法本身来实现一开始我给出来的卫星定位系统的通讯协议。

有许多须要与硬件设备通讯的应用，诸如与GPS设备通讯、与工厂车间的一些单片机设备通讯、与物联网设备通讯等等，你们只要掌握了这些设备的通讯协议，或采用文本协议或采用二进制协议，将其实现，那么通讯的问题就迎刃而解了！

最后，随着HTML5 WebSocket技术的日益成熟与普及，B/S架构的应用于C/S架构的应用的通讯也逐渐走向大一统。有兴趣的朋友能够参考：打通B/S与C/S！让HTML5 WebSocket与.NET Socket共用一个服务端！

 

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