设计模式概念、分类和原则

一、粘包/半包介绍

1：粘包

粘包（Packet Concatenation）通常发生在基于流式传输协议（如 TCP）的通信中，因为 TCP 是面向流的传输协议，它不保证数据包的边界，而是将数据视为连续的字节流，它表示客户端发送多条消息，服务端只收到了一条消息

2：半包

半包（Half Packet）与粘包问题相反。在半包问题中，接收端接收到的数据包不完整，即接收到的数据包只是完整数据包的一部分，无法完整地解析和处理。

3：原因

①网络延迟/阻塞

②发送方连续发送数据

③接收端缓冲区大小限制

④数据包丢失

二、粘包/半包解决方案

1：长度信息法

在每个数据包前面加上长度信息，每次接收数据后，先读取长度，如果缓冲区数据长度大于要取的字节数，则取出相应字节，否则等待下一次接收,举个例子

①客户端第一次发送包含长度信息的内容

②客户端第二次发送包含长度信息的内容

③服务端第一次接收到了4个字节，存入缓冲区，但是这时候并不处理，因为收到了10，所以要等到11个字节完整再处理

④服务端等到客户端发送剩下的7个字节，但是第二次接收到了9个字节，服务端把之前的6个字节再读取，然后拼接，把10helloworld进行处理，读取到标志长度4，等待下次处理

⑤服务端最后一次收到ove，就把之前的l一起拼接，返回完整的4love

*一般的游戏是16位的整型数来存放长度信息

2：固定长度法

每次都发送相同长度的数据，一次不足的数据用.来补充，.位补充字符，没有实际意义

如果接收到的字符数大于10，就只提取前10个字符

3：结束符号法

规定一个结束符号作为消息的分隔符，比如Hello$World就是两条信息

三、代码示例

1：发送数据

        byte[] bodyBytes = System.Text.Encoding.Default.GetBytes(SendStr);
        Int16 len = (Int16)bodyBytes.Length;
        //把长度转化为Int16
        byte[] lenBytes = BitConverter.GetBytes(len);
        //此时SendBytes包含长度字符串和内容字符串
        byte[] sendBytes = lenBytes.Concat(bodyBytes).ToArray();

2：接收数据

定义一个接收缓冲区和接收缓冲区长度。缓冲区会保存尚未处理的数据

    //接收缓冲区
    byte[] readBuff = new byte[1024];
    //接收缓冲区长度
    int buffCount = 0;

之前的BeginReceive函数原型如下：

public IAsyncResult BeginReceive (  byte[] buffer,  int offset,  int size,  SocketFlags socketFlags,  AsyncCallback callback, object state )

现在的参数应该写成这个样子：

socket.BeginReceive(readBuff, buffCount 1024-buffCount, 0,  ReceiveCallback, socket);

readBuff 是缓冲区

buffCount 是开始读取的位置

1024 - buffCount 是剩余多少可读取的大小

3：处理数据

public void OnReceiveData(){

 //消息长度小于2，直接返回等待下一次接收
 if(buffCount <= 2)
 return;

 //消息的长度
 Int16 bodyLength = BitConverter.ToInt16(readBuff, 0);
 //消息体
    
 //如果消息长度小于我消息内容和长度的字节，就返回继续读取
 if(buffCount < 2+bodyLength)
 return;
    
 //如果长度够用，就转化为string类型
 string s = System.Text.Encoding.UTF8.GetString(readBuff, 2,buffCount);

 //更新缓冲区
 int start = 2 + bodyLength;
 int count = buffCount - start;

 //Copy函数把缓冲区后面的内容提到前面
 Array.Copy(readBuff, start, readBuff, 0, count);
 buffCount -= start;

 //继续读取消息
 if(readBuff.length > 2){
 OnReceiveData();
 }
}

Copy的原型函数如下：

public static void Copy(
 Array sourceArray,//源数组
 long sourceIndex,//目标数据
 Array destinationArray,//目标数组
 long destinationIndex,//目标数组起始位置
 long length//复制消息的长度
)

四、完整示例

1：客户端

using System;
using System.Linq;
using System.Net.Sockets;
using UnityEngine;
using UnityEngine.UI;

public class SendScr : MonoBehaviour
{
    Socket socket;
    public InputField inputField;
    public Text text;
    byte[] readBuff = new byte[1024];
    int buffCount = 0;//缓冲区数据长度
    string recvStr = "";
    public void Connection()
    {
        socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
        socket.Connect("127.0.0.1", 8888);
        socket.BeginReceive(readBuff, buffCount, 1024 - buffCount, 0, ReceiveCallback, socket);
    }

    private void ReceiveCallback(IAsyncResult ar)
    {
        try
        {
            Socket socket = (Socket)ar.AsyncState;
            //获取接收数据长度
            int count = socket.EndReceive(ar);
            buffCount += count;
            //处理二进制消息
            OnReceiveData();
            //继续接收数据
            socket.BeginReceive(readBuff, buffCount, 1024 - buffCount, 0, ReceiveCallback, socket);
        }
        catch (SocketException ex)
        {
            Debug.Log("Socket Receive fail" + ex.ToString());
        }
    }

    private void OnReceiveData()
    {
        Debug.Log("[Recv 1] buffCount = " + buffCount);
        Debug.Log("[Recv 2] readbuff = " + BitConverter.ToString(readBuff));

        if (buffCount <= 2) return;

        Int16 bodyLength = BitConverter.ToInt16(readBuff, 0);
        Debug.Log("[Recv 3] bodyLength=" + bodyLength);

        //消息体
        if (buffCount < 2 + bodyLength) return;

        string s = System.Text.Encoding.UTF8.GetString(readBuff, 2, buffCount);
        Debug.Log("[Recv 4] s=" + s);

        //更新缓冲区
        int start = 2 + bodyLength;
        int count = buffCount - start;
        Array.Copy(readBuff, start, readBuff, 0, count);
        buffCount -= start;
        Debug.Log("[Recv 5] buffCount=" + buffCount);

        //消息处理
        recvStr = s + "\n" + recvStr;

        //继续读取消息
        OnReceiveData();
    }

    public void Send()
    {
        string sendStr = inputField.text;
        byte[] bodyBytes = System.Text.Encoding.Default.GetBytes(sendStr);
        Int16 len = (Int16)bodyBytes.Length;
        byte[] lenBytes = BitConverter.GetBytes(len);
        //此时SendBytes包含长度字符串和内容字符串
        byte[] sendBytes = lenBytes.Concat(bodyBytes).ToArray();
        socket.Send(sendBytes);
        Debug.Log("[Send]" + BitConverter.ToString(sendBytes));
    }
    private void Update()
    {
        text.text = recvStr;
    }

}

捋一下客户端的功能：

当进入场景点击Connection，创建新的Socket连接，绑定服务端口，开始接收信息

这里的BeginReceive就是我们接受消息的函数，它传入我们的缓冲区readBuff，缓冲区长度buffCount，1024 - buffCount表示我们还剩多少字节数据，然后进入回调函数

Receive回调函数中创建新的Socket对象来解析获取到的socket对象，count用于跟踪每次异步接收操作实际接收到的数据长度，然后把count加到buffCount上，这样更新了缓冲区的长度

然后使用OnReceiveData处理数据，继续读取数据，点击发送就调用Send()

2：服务端

using System.Net.Sockets;
using System.Net;
internal class ClientState
{
    public Socket socket;
    public byte[] readBuff = new byte[1024];
}
class Class
{
    static Socket listenfd;
    static Dictionary<Socket, ClientState> clients = new Dictionary<Socket, ClientState>();
    public static void Main(string[] args)
    {
        listenfd = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
        IPAddress ipAdr = IPAddress.Parse("127.0.0.1");
        IPEndPoint ipEp = new IPEndPoint(ipAdr, 8888);
        listenfd.Bind(ipEp);
        listenfd.Listen(0);
        Console.WriteLine("[服务器]启动成功");

        List<Socket> checkRead = new List<Socket>();

        while (true)
        {
            //填充checkRead列表
            checkRead.Clear();
            checkRead.Add(listenfd);
            foreach (ClientState s in clients.Values)
            {
                checkRead.Add(s.socket);
            }
            //select
            Socket.Select(checkRead, null, null, 1000);
            //检查可读对象
            foreach (Socket s in checkRead)
            {
                if (s == listenfd)
                {
                    ReadListenfd(s);
                }
                else
                {
                    ReadClientfd(s);
                }
            }
        }
    }
    public static void ReadListenfd(Socket listenfd)
    {
        Console.WriteLine("Accept");
        Socket clientfd = listenfd.Accept();
        ClientState state = new ClientState();
        state.socket = clientfd;
        clients.Add(clientfd, state);
    }
    public static bool ReadClientfd(Socket clientfd)
    {
        ClientState state = clients[clientfd];
        //接收
        int count = clientfd.Receive(state.readBuff);
        if (count == 0)
        {
            clientfd.Close();
            clients.Remove(clientfd);
            Console.WriteLine("Socket Close");
            return false;
        }
        //广播
        string recvStr = System.Text.Encoding.Default.GetString(state.readBuff, 2, count - 2);
        Console.WriteLine("Receive" + recvStr);
        byte[] sendBytes = new byte[count];

        Array.Copy(state.readBuff, 0, sendBytes, 0, count);

        foreach (ClientState cs in clients.Values)
        {
            cs.socket.Send(sendBytes);
        }
        return true;
    }
}

这里的服务端代码和Select部分的代码基本相同

3：测试

打开服务器，客户端连接后输入UNITY

①客户端反馈

Recv1的buffCount就是接收到服务端所返回的消息，服务端所返回的信息是客户端发送的拼接数组，就是UNITY+lenBytes，就是7

Rec2的readbuff就是缓冲区存储的内容

Recv3是当消息没有接受完整的时候的消息本体长度

Recv4是完整的消息内容

Recv5是接受完成UNITY后更新后的新buffCount新长度，因为没有后续的，所以是0

②服务端反馈

服务端接受到的消息

四、模拟粘包

客户端修改

using System;
using System.Linq;
using System.Net.Sockets;
using UnityEngine;
using UnityEngine.UI;

public class SendScr : MonoBehaviour
{
    Socket socket;
    public InputField inputField;
    public Text text;
    byte[] readBuff = new byte[1024];
    int buffCount = 0;//缓冲区数据长度
    string recvStr = "";
    public void Connection()
    {
        socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
        socket.Connect("127.0.0.1", 8888);
        socket.BeginReceive(readBuff, buffCount, 1024 - buffCount, 0, ReceiveCallback, socket);
    }

    private void ReceiveCallback(IAsyncResult ar)
    {
        try
        {
            Socket socket = (Socket)ar.AsyncState;
            //获取接收数据长度
            int count = socket.EndReceive(ar);
            buffCount += count;
            //处理二进制消息
            OnReceiveData();

            System.Threading.Thread.Sleep(1000*30);

            //继续接收数据
            socket.BeginReceive(readBuff, buffCount, 1024 - buffCount, 0, ReceiveCallback, socket);
        }
        catch (SocketException ex)
        {
            Debug.Log("Socket Receive fail" + ex.ToString());
        }
    }

    private void OnReceiveData()
    {
        Debug.Log("[Recv 1] buffCount = " + buffCount);
        Debug.Log("[Recv 2] readbuff = " + BitConverter.ToString(readBuff));

        if (buffCount <= 2) return;

        Int16 bodyLength = BitConverter.ToInt16(readBuff, 0);
        Debug.Log("[Recv 3] bodyLength=" + bodyLength);

        //消息体
        if (buffCount < 2 + bodyLength) return;

        string s = System.Text.Encoding.UTF8.GetString(readBuff, 2, buffCount);
        Debug.Log("[Recv 4] s=" + s);

        //更新缓冲区
        int start = 2 + bodyLength;
        int count = buffCount - start;
        Array.Copy(readBuff, start, readBuff, 0, count);
        buffCount -= start;
        Debug.Log("[Recv 5] buffCount=" + buffCount);

        //消息处理
        recvStr = s + "\n" + recvStr;

        //继续读取消息
        OnReceiveData();
    }

    public void Send()
    {
        string sendStr = inputField.text;
        byte[] bodyBytes = System.Text.Encoding.Default.GetBytes(sendStr);
        Int16 len = (Int16)bodyBytes.Length;
        byte[] lenBytes = BitConverter.GetBytes(len);
        //此时SendBytes包含长度字符串和内容字符串
        byte[] sendBytes = lenBytes.Concat(bodyBytes).ToArray();
        socket.Send(sendBytes);
        Debug.Log("[Send]" + BitConverter.ToString(sendBytes));
    }
    private void Update()
    {
        text.text = recvStr;
    }

}

*在接收数据的时候，强制等待30s再进行下一次接收，ReceiveCallback是在子线程执行，调用Sleep函数并不会卡住主线程，客户端不会被卡住，在30s内多次发送数据，经由服务端转发，再次调用BeginReceive的时候，缓冲区有很多数据，会产生粘包。

客户端快速发送三条消息，发送不会堵塞，每次接收都会等待30s，但是接收到的消息不是在一起的，而是分开的