DELPHI高性能大容量SOCKET并发（四）：粘包、分包、解包

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粘包

使用TCP长连接就会引入粘包的问题，粘包是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。粘包可能由发送方造成，也可能由接收方造成。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，造成多个数据包的粘连。如果接收进程不及时接收数据，已收到的数据就放在系统接收缓冲区，用户进程读取数据时就可能同时读到多个数据包。

粘包一般的解决办法是制定通讯协议，由协议来规定如何分包解包。

分包

在IOCPDemo例子程序中，我们分包的逻辑是先发一个长度，然后紧接着是数据包内容，这样就可以把每个包分开。

应用层数据包格式如下：

应用层数据包格式 数据包长度Len：Cardinal（4字节无符号整数）数据包内容，长度为LenIOCPSocket分包处理主要代码，我们收到的数据都是在TSocketHandle.ProcessIOComplete方法中处理：

[delphi] view plain copy

1. procedure TSocketHandle.ProcessIOComplete(AIocpRecord: PIocpRecord;  
2.   const ACount: Cardinal);  
3. begin  
4.   case AIocpRecord.IocpOperate of  
5.     ioNone: Exit;  
6.     ioRead: //收到数据  
7.     begin  
8.       FActiveTime := Now;  
9.       ReceiveData(AIocpRecord.WsaBuf.buf, ACount);  
10.       if FConnected then  
11.         PreRecv(AIocpRecord); //投递请求  
12.     end;  
13.     ioWrite: //发送数据完成，需要释放AIocpRecord的指针  
14.     begin  
15.       FActiveTime := Now;  
16.       FSendOverlapped.Release(AIocpRecord);  
17.     end;  
18.     ioStream:  
19.     begin  
20.       FActiveTime := Now;  
21.       FSendOverlapped.Release(AIocpRecord);  
22.       WriteStream; //继续发送流  
23.     end;  
24.   end;  
25. end;  

如果是收到数据，则调用ReceiveData函数，ReceiveData主要功能是把数据的写入流中，然后调用Process分包。FInputBuf是一个内存流（FInputBuf: TMemoryStream），内存流的每次写入会造成一次内存分配，如果要获得更高的效率，可以替换为内存池等更好的内存管理方式。还有一种更好的解决方案是规定每次发包的大小，如每个包最大不超过64K，哪么缓冲区的最大大小可以设置为128K（缓存两个数据包），这样就可以每次创建对象时一次分配好，减少内存分配次数，提高效率。（内存的分配和释放比内存的读写效率要低）

[delphi] view plain copy

1. procedure TSocketHandle.ReceiveData(AData: PAnsiChar; const ALen: Cardinal);  
2. begin  
3.   FInputBuf.Write(AData^, ALen);  
4.   Process;  
5. end;  

Process则根据收到的数据进行分包逻辑，如果不够一个包，则继续等待接收数据，如果够一个或多个包，则循环调用Execute函数进行处理，代码如下：

[delphi] view plain copy

1. procedure TSocketHandle.Process;  
2. var  
3.   AData, ALast, NewBuf: PByte;  
4.   iLenOffset, iOffset, iReserveLen: Integer;  
5.   
6.   function ReadLen: Integer;  
7.   var  
8.     wLen: Word;  
9.     cLen: Cardinal;  
10.   begin  
11.     FInputBuf.Position := iOffset;  
12.     if FLenType = ltWord then  
13.     begin  
14.       FInputBuf.Read(wLen, SizeOf(wLen));  
15.       //wLen := ntohs(wLen);  
16.       Result := wLen;  
17.     end  
18.     else  
19.     begin  
20.       FInputBuf.Read(cLen, SizeOf(cLen));  
21.       //cLen := ntohl(cLen);  
22.       Result := cLen;  
23.     end;  
24.   end;  
25. begin  
26.   case FLenType of  
27.     ltWord, ltCardinal:  
28.     begin  
29.       if FLenType = ltWord then  
30.         iLenOffset := 2  
31.       else  
32.         iLenOffset := 4;  
33.       iReserveLen := 0;  
34.       FPacketLen := 0;  
35.       iOffset := 0;  
36.       if FPacketLen <= 0 then  
37.       begin  
38.         if FInputBuf.Size < iLenOffset then Exit;  
39.         FInputBuf.Position := 0; //移动到最前面  
40.         FPacketLen := ReadLen;  
41.         iOffset := iLenOffset;  
42.         iReserveLen := FInputBuf.Size - iOffset;  
43.         if FPacketLen > iReserveLen then //不够一个包的长度  
44.         begin  
45.           FInputBuf.Position := FInputBuf.Size; //移动到最后，以便接收后续数据  
46.           FPacketLen := 0;  
47.           Exit;  
48.         end;  
49.       end;  
50.       while (FPacketLen > 0) and (iReserveLen >= FPacketLen) do //如果数据够长，则处理  
51.       begin //多个包循环处理  
52.         AData := Pointer(Longint(FInputBuf.Memory) + iOffset); //取得当前的指针  
53.         Execute(AData, FPacketLen);  
54.         iOffset := iOffset + FPacketLen; //移到下一个点  
55.         FPacketLen := 0;  
56.         iReserveLen := FInputBuf.Size - iOffset;  
57.         if iReserveLen > iLenOffset then //剩下的数据  
58.         begin  
59.           FPacketLen := ReadLen;  
60.           iOffset := iOffset + iLenOffset;  
61.           iReserveLen := FInputBuf.Size - iOffset;  
62.           if FPacketLen > iReserveLen then //不够一个包的长度，需要把长度回退  
63.           begin  
64.             iOffset := iOffset - iLenOffset;  
65.             iReserveLen := FInputBuf.Size - iOffset;  
66.             FPacketLen := 0;  
67.           end;  
68.         end  
69.         else //不够长度字节数  
70.           FPacketLen := 0;  
71.       end;  
72.       if iReserveLen > 0 then //把剩下的自己缓存起来  
73.       begin  
74.         ALast := Pointer(Longint(FInputBuf.Memory) + iOffset);  
75.         GetMem(NewBuf, iReserveLen);  
76.         try  
77.           CopyMemory(NewBuf, ALast, iReserveLen);  
78.           FInputBuf.Clear;  
79.           FInputBuf.Write(NewBuf^, iReserveLen);  
80.         finally  
81.           FreeMemory(NewBuf);  
82.         end;  
83.       end  
84.       else  
85.       begin  
86.         FInputBuf.Clear;  
87.       end;  
88.     end;  
89.   else  
90.     begin  
91.       FInputBuf.Position := 0;  
92.       AData := Pointer(Longint(FInputBuf.Memory)); //取得当前的指针  
93.       Execute(AData, FInputBuf.Size);  
94.       FInputBuf.Clear;  
95.     end;  
96.   end;  
97. end;  

解包

由于我们应用层数据包既可以传命令也可以传数据，因而针对每个包我们进行解包，分出命令和数据分别处理，因而每个Socket服务对象都需要解包，我们解包的逻辑是放在TBaseSocket.DecodePacket中，命令和数据的包格式为：

命令长度Len：Cardinal（4字节无符号整数）命令数据这里和第一版公布的代码不同，这版的代码对命令进行了编码，采用UTF-8编码，代码如下：

[delphi] view plain copy

1. function TBaseSocket.DecodePacket(APacketData: PByte;  
2.   const ALen: Integer): Boolean;  
3. var  
4.   CommandLen: Integer;  
5.   UTF8Command: UTF8String;  
6. begin  
7.   if ALen > 4 then //命令长度为4字节，因而长度必须大于4  
8.   begin  
9.     CopyMemory(@CommandLen, APacketData, SizeOf(Cardinal)); //获取命令长度  
10.     Inc(APacketData, SizeOf(Cardinal));  
11.     SetLength(UTF8Command, CommandLen);  
12.     CopyMemory(PUTF8String(UTF8Command), APacketData, CommandLen); //读取命令  
13.     Inc(APacketData, CommandLen);  
14.     FRequestData := APacketData; //数据  
15.     FRequestDataLen := ALen - SizeOf(Cardinal) - CommandLen; //数据长度  
16.     FRequest.Text := Utf8ToAnsi(UTF8Command); //把UTF8转为Ansi  
17.     Result := True;  
18.   end  
19.   else  
20.     Result := False;   
21. end;  

具体每个协议可以集成Execute方法，调用DecodePacket进行解包，然后根据命令进行协议逻辑处理，例如TSQLSocket主要代码如下：

[delphi] view plain copy

1. {* SQL查询SOCKET基类 *}  
2. TSQLSocket = class(TBaseSocket)  
3. private  
4.   {* 开始事务创建TADOConnection，关闭事务时释放 *}  
5.   FBeginTrans: Boolean;  
6.   FADOConn: TADOConnection;  
7. protected  
8.   {* 处理数据接口 *}  
9.   procedure Execute(AData: PByte; const ALen: Cardinal); override;  
10.   {* 返回SQL语句执行结果 *}  
11.   procedure DoCmdSQLOpen;  
12.   {* 执行SQL语句 *}  
13.   procedure DoCmdSQLExec;  
14.   {* 开始事务 *}  
15.   procedure DoCmdBeginTrans;  
16.   {* 提交事务 *}  
17.   procedure DoCmdCommitTrans;  
18.   {* 回滚事务 *}  
19.   procedure DoCmdRollbackTrans;  
20. public  
21.   procedure DoCreate; override;  
22.   destructor Destroy; override;  
23.   {* 获取SQL语句 *}  
24.   function GetSQL: string;  
25.   property BeginTrans: Boolean read FBeginTrans;  
26. end;  

Exceute是调用DecodePacket进行解包，然后获取命令分别调用不同的命令处理逻辑，代码如下：

[delphi] view plain copy

1. procedure TSQLSocket.Execute(AData: PByte; const ALen: Cardinal);  
2. var  
3.   sErr: string;  
4. begin  
5.   inherited;  
6.   FRequest.Clear;  
7.   FResponse.Clear;  
8.   try  
9.     AddResponseHeader;  
10.     if ALen = 0 then  
11.     begin  
12.       DoFailure(CIPackLenError);  
13.       DoSendResult;  
14.       Exit;  
15.     end;  
16.     if DecodePacket(AData, ALen) then  
17.     begin  
18.       FResponse.Clear;  
19.       AddResponseHeader;  
20.       case StrToSQLCommand(Command) of  
21.         scLogin:  
22.         begin  
23.           DoCmdLogin;  
24.           DoSendResult;  
25.         end;  
26.         scActive:  
27.         begin  
28.           DoSuccess;  
29.           DoSendResult;  
30.         end;  
31.         scSQLOpen:  
32.         begin  
33.           DoCmdSQLOpen;  
34.         end;  
35.         scSQLExec:  
36.         begin  
37.           DoCmdSQLExec;  
38.           DoSendResult;  
39.         end;  
40.         scBeginTrans:  
41.         begin  
42.           DoCmdBeginTrans;  
43.           DoSendResult;  
44.         end;  
45.         scCommitTrans:  
46.         begin  
47.           DoCmdCommitTrans;  
48.           DoSendResult;  
49.         end;  
50.         scRollbackTrans:  
51.         begin  
52.           DoCmdRollbackTrans;  
53.           DoSendResult;  
54.         end;  
55.       else  
56.         DoFailure(CINoExistCommand, 'Unknow Command');  
57.         DoSendResult;  
58.       end;  
59.     end  
60.     else  
61.     begin  
62.       DoFailure(CIPackFormatError, 'Packet Must Include \r\n\r\n');  
63.       DoSendResult;  
64.     end;  
65.   except  
66.     on E: Exception do //发生未知错误，断开连接  
67.     begin  
68.       sErr := RemoteAddress + ':' + IntToStr(RemotePort) + CSComma + 'Unknow Error: ' + E.Message;  
69.       WriteLogMsg(ltError, sErr);  
70.       Disconnect;  
71.     end;  
72.   end;  
73. end;  

更详细代码见示例代码的IOCPSocket单元。

V1版下载地址：http://download.csdn.net/detail/sqldebug_fan/4510076，需要资源10分，有稳定性问题，可以作为研究稳定性用；

V2版下载地址：http://download.csdn.net/detail/sqldebug_fan/5560185，不需要资源分，解决了稳定性问题和提高性能；免责声明：此代码只是为了演示IOCP编程，仅用于学习和研究，切勿用于商业用途。水平有限，错误在所难免，欢迎指正和指导。邮箱地址：[e-mail]