詳解Swoole TCP流數(shù)據(jù)邊界問題解決方案

1. 數(shù)據(jù)發(fā)送過程

首先由客戶端將數(shù)據(jù)發(fā)往緩沖區(qū) (服務(wù)端并不是直接收到的)， 對于客戶端來說，這次的數(shù)據(jù)即是發(fā)送成功了， 對于服務(wù)端是否真正的收到他是不知道的， 然后再由服務(wù)端從緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)。圖解：

2. 什么是數(shù)據(jù)邊界

因為 TCP 是流式傳輸，對于服務(wù)端來說并不知道此時在緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)是一次請求還是兩次請求的，所以在服務(wù)端接收數(shù)據(jù)時需要根據(jù)指定字符或約定長度來對數(shù)據(jù)進行分包，這個分包的標志即是數(shù)據(jù)邊界。否則可能會出現(xiàn)一次讀取兩條或多條數(shù)據(jù)，造成讀取、解析數(shù)據(jù)出錯。

2.1 代碼演示

可以用代碼實現(xiàn)一下，假設(shè)客戶端死循環(huán)往緩沖區(qū)不停輸入 “1”，即相當(dāng)于每次的報文內(nèi)容都是 1， 那么在服務(wù)端讀取時收到的數(shù)據(jù)就是隨機長度的。

客戶端代碼：

$client = new Swoole\Client(SWOOLE_SOCK_TCP);
if ($client->connect('127.0.0.1', 9501, -1)) {
    while(true) {
        $client->send(1);        
    }
}
$client->close();

服務(wù)端代碼：

$server = new Swoole\Server('127.0.0.1', 9501);
$server->on('connect', function($server, $fd){
    echo "client : ".$fd." connect";
});

$server->on('receive', function($server, $fd, $from_id, $data){
    echo "receive:". $data.PHP_EOL;
});

$server->on('close', function($server){

});

運行結(jié)果

可以看到運行結(jié)果，服務(wù)端獲取到的數(shù)據(jù)完全是隨機的，有長有短，那么接下來我們說下如何解決這個問題。

3.EOF 解決方案

第一種解決方案類似于我們 http 請求頭的分隔符，在每次發(fā)送的數(shù)據(jù)包結(jié)尾處使用 \r\n (可以配置) 來結(jié)尾， 當(dāng)服務(wù)端從緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)， 根據(jù)指定字符來分割數(shù)據(jù)包，EOF 有兩種配置方案：

3.1 open_eof_check

首先放出配置方式：

$server->set([
    'open_eof_check' => true,
    'package_eof' => "\r\n"
]);

這種配置方式會對客戶端發(fā)來的數(shù)據(jù)包進行檢測， 當(dāng)發(fā)現(xiàn)結(jié)尾是 \r\n 時，才會投遞給 worker 進程， 也就是我們的 onReceive 回調(diào)，否則會一直拼接數(shù)據(jù)包，直到超出緩沖區(qū)或者超時才終止。 但此方法有一個問題是可能會一次性收到多個數(shù)據(jù)包，因為他是從數(shù)據(jù)包的結(jié)尾處來進行檢查的，在數(shù)據(jù)內(nèi)容中存在 \r\n 時程序并不會發(fā)現(xiàn)，需要我們自己在應(yīng)用代碼中再次使用 \r\n 來拆分數(shù)據(jù)包。

客戶端運行代碼

$client = new Swoole\Client(SWOOLE_SOCK_TCP);

if ($client->connect('127.0.0.1', 9501, -1)) {

    while(true) {
        $send2 = "Hello World \r\n";
        $client->send($send2);        
    }
}

$client->close();

服務(wù)端代碼

$server = new Swoole\Server('127.0.0.1', 9501);
$server->set([
    'open_eof_check' => true,
    'package_eof' => "\r\n"
]);

$server->on('connect', function($server, $fd){
    echo "client : ".$fd." connect";
});

$server->on('receive', function($server, $fd, $from_id, $data){
    echo "receive:". $data;
});

$server->on('close', function($server){

});

$server->start();

運行結(jié)果

3.2 open_eof_split

配置方式：

$server->set([
    'open_eof_split' => true,
    'package_eof' => "\r\n"
]);

這種配置方式，服務(wù)端會對客戶端發(fā)來的數(shù)據(jù)逐個字符進行檢查，遇到 \r\n 就發(fā)送給 worker 進程，可以有效實現(xiàn)分包，但缺點是性能比較差。

運行結(jié)果：可以看到每次接收到一個 Hello World（代碼我就不貼了， 只把服務(wù)端 set 配置改一下， 其他都一樣）

3.3 open_eof_check 和 open_eof_split 差異

open_eof_check 只檢查接收數(shù)據(jù)的末尾是否為 EOF，因此它的性能最好，幾乎沒有消耗

open_eof_check 無法解決多個數(shù)據(jù)包合并的問題，比如同時發(fā)送兩條帶有 EOF 的數(shù)據(jù)，底層可能會一次全部返回

open_eof_split 會從左到右對數(shù)據(jù)進行逐字節(jié)對比，查找數(shù)據(jù)中的 EOF 進行分包，性能較差。但是每次只會返回一個數(shù)據(jù)包

4. 固定包頭 + 包體解決方案

引用一段官方文檔的描述：

包長檢測提供了固定包頭 + 包體這種格式協(xié)議的解析。啟用后，可以保證 Worker 進程 onReceive 每次都會收到一個完整的數(shù)據(jù)包。

長度檢測協(xié)議，只需要計算一次長度，數(shù)據(jù)處理僅進行指針偏移，性能非常高，推薦使用。

可見官方是推薦使用這種方式的，就是配置比其他方案要復(fù)雜一些， 首先貼一下配置:

$server->set([
// 打開包長檢測特性
'package_length_check' => true,
// 包頭中某個字段作為包長度的值，底層支持了 10 種長度類型?？蓞⒖?pack() 方法
'package_length_type' => 'N',
// length 長度值在包頭的第幾個字節(jié)。
'package_length_offset' => 8,
// 從第幾個字節(jié)開始計算長度，一般有 2 種情況：
//length 的值包含了整個包（包頭 + 包體），package_body_offset 為 0
//包頭長度為 N 字節(jié)，length 的值不包含包頭，僅包含包體，package_body_offset 設(shè)置為 N
'package_body_offset' => 16,
// 設(shè)置最大數(shù)據(jù)包尺寸，單位為字節(jié)
'package_max_length' => 81920
]);

下面是一個數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)例子，可以很好的體現(xiàn)了字段含義。

以上通信協(xié)議的設(shè)計中，包頭長度為 4 個整型，16 字節(jié)，length 長度值在第 3 個整型處。因此 package_length_offset 設(shè)置為 8，0-3 字節(jié)為 type，4-7 字節(jié)為 uid，8-11 字節(jié)為 length，12-15 字節(jié)為 serid。

下面來說一下代碼實現(xiàn)：

客戶端代碼：

$client = new Swoole\Client(SWOOLE_SOCK_TCP);

$data = "123456789012345678901234567890";
$type = 0x30;
$uid = 0x123;
$length = strlen($data);
$serid = 0x15;
$head = pack("N4", $type, $uid, $length, $serid);
$body = pack("a{$length}", $data);
$message = $head.$body;


if ($client->connect('127.0.0.1', 9502, -1)) {
    $client->send($message);
    echo $client->recv();
}

$client->close();

服務(wù)端代碼：

$serv = new Swoole\Server('127.0.0.1', 9502);
$serv->set([
    'open_length_check'     => true,
      'package_max_length'    => 81920,
      'package_length_type'   => 'N',
      'package_length_offset' => 8,
      'package_body_offset'   => 16,    
]);

$serv->on('connect', function($server, $fd){
    echo $fd. " Connect !".PHP_EOL;
});

$serv->on('receive', function($server, $fd, $from_id, $data){
    var_dump($data);            // 源數(shù)據(jù)
    $tmp = unpack("Ntype/Nuid/Nlength", $data);
    $unpacking = unpack("Ntype/Nuid/Nlength/Nserid/a{$tmp['length']}body", $data);
    var_dump($unpacking);        // 解包后數(shù)據(jù)
    $server->send($fd, " Server Receive Data: ". $unpacking['body']);
});


$serv->on('close', function($server){

});

$serv->start();

客戶端運行結(jié)果

服務(wù)端運行結(jié)果

可以看到 客戶端成功的把發(fā)送的數(shù)據(jù)回顯， 服務(wù)端也打印出了接收到的所有數(shù)據(jù)， 其中有些字段在發(fā)送時是 16 進制的， 所以服務(wù)端在接收到之后需要進行進制轉(zhuǎn)換， 我這里沒有進行轉(zhuǎn)換， 所以顯示的數(shù)據(jù)是 10 進制的。

5. 總結(jié)

通過對比可以看出使用固定包頭 + 包體的方式是效率最高的一種， 因為他是按照固定長度去讀取的。期間專門去了解了 pack 函數(shù)的使用方法，但也不確定這么寫到底對不對，如果有其他了解的仁兄可以慷慨解答一下，網(wǎng)上相關(guān)資料有點少，官方文檔上也只給出了幾個字段的釋義。

6. 擴展知識

6.1 字節(jié)序

計算機硬件有兩種儲存數(shù)據(jù)的方式：大端字節(jié)序（big endian）和小端字節(jié)序（little endian）。

舉例來說，數(shù)值 0x2211 使用兩個字節(jié)儲存：高位字節(jié)是 0x22，低位字節(jié)是 0x11。

• 大端字節(jié)序：高位字節(jié)在前，低位字節(jié)在后，這是人類讀寫數(shù)值的方法。
• 小端字節(jié)序：低位字節(jié)在前，高位字節(jié)在后，即以 0x1122 形式儲存。

這個前和后指的是內(nèi)存地址，計算機處理字節(jié)時是不知道高低字節(jié)之分的，它只知道按順序讀取字節(jié)，先讀第一個字節(jié)，再讀第二個字節(jié)。

例如： 0x1234567 的讀取順序：

以上就是詳解Swoole TCP流數(shù)據(jù)邊界問題解決方案的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于Swoole TCP流數(shù)據(jù)邊界問題解決方案的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！