如何理解字节流?
4.6 如何理解是 TCP 面向字节流协议?
如何理解字节流?
之所以会 说 TCP 是面向字节流的协议,UDP 是面向报文的协议,是因为操作系统对 TCP 和 UDP
协议的发送方的机制不同,也就是问题原因在发送方。
先来说说 为什么 UDP 是面向报文的协议?
当用⼾消息通过 UDP 协议传输时,操作系统不会对消息进行拆分,在组装好 UDP 头部后就交给
网络层来处理,所以发出去的 UDP 报文中的数据部分就是完整的用⼾消息,也就是每个 UDP 报
文就是一个用⼾消息的边界,这样接收方在接收到 UDP 报文后,读一个 UDP 报文就能读取到完
整的用⼾消息。
你可能会问,如果收到了两个 UDP 报文,操作系统是怎么区分开的?
操作系统在收到 UDP 报文后,会将其插入到队列里,队列里的每一个元素就是一个 UDP 报文,
这样当用⼾调用 recvfrom() 系统调用读数据的时候,就会从队列里取出一个数据,然后从内核里拷⻉给用⼾缓冲区。

再来说说 为什么 TCP 是面向字节流的协议?
当用⼾消息通过 TCP 协议传输时,消息可能会被操作系统分组成多个的 TCP 报文,也就是一个完
整的用⼾消息被拆分成多个 TCP 报文进行传输。
这时,接收方的程序如果不知道发送方发送的消息的⻓度,也就是不知道消息的边界时,是无法
读出一个有效的用⼾消息的,因为用⼾消息被拆分成多个 TCP 报文后,并不能像 UDP 那样,一个
UDP 报文就能代表一个完整的用⼾消息。
举个 实际的例子来说明。
发送方准备发送 「Hi. 」和「I am Xiaolin 」这两个 消息。
在发送端,当我们调用 send 函数完成数据“发送”以后,数据并没有被真正从网络上发送出去,只
是从应用程序拷⻉到了操作系统内核协议栈中。
至于什么 时候真正被发送,取决于发送窗口、拥塞窗口以及当前发送缓冲区的大小等条件。也就
是说,我们不能认为每次 send 调用发送的数据,都会作 为一个整体完整地消息被发送出去。
如果我们考虑实际网络传输过 程中的各种影响,假设发送端陆续调用 send 函数先后发送 「Hi. 」
和「I am Xiaolin 」 报文,那么实际的发送很有可能是这几种情况。
第一种情况,这两个 消息被分到 同一个 TCP 报文,像这样:

第二种情况,「I am Xiaolin 」的部分随 「Hi 」 在一个 TCP 报文中发送出去,像这样:

第三种情况,「Hi. 」 的一部分随 TCP 报文被发送出去,另一部分和 「I am Xiaolin 」 一起随另一个
TCP 报文发送出去,像这样。

类似的情况还能举例很多种,这里主要是想说明,我们不知道 「Hi. 」和 「I am Xiaolin 」 这两个
用⼾消息是如何进行 TCP 分组传输的。
因此,我们不能认为一个用⼾消息对应一个 TCP 报文,正因为这样,所以 TCP 是面向字节流的协
议。
当两个 消息的某个部分内容被分到 同一个 TCP 报文时,就是我们常说的 TCP 粘包问题,这时接收
方不知道消息的边界的话,是无法读出有效的消息。
要解 决这个问题,要交给应用程序。
如何解决粘包?
粘包的问题出现是因为不 知道一个用⼾消息的边界在哪,如果知道了边界在哪,接收方就可以通
过边 界来划分出 有效的用⼾消息。
一般有三种方式分包的方式:
固定⻓度的消息;
特殊字符作为边界;
自定义消息结构。
固定⻓度的消息
这种是最简单方法,即每个用⼾消息都是固定⻓度的,比如规定一个消息的⻓度是 64 个字节,当
接收方接满 64 个字节,就认为这个内容是一个完整且有效的消息。
但是这种方式灵活性不高,实际中很少用。
特殊字符作为边界
我们可以在两个 用⼾消息之间插入一个特殊的字符串,这样接收方在接收数 据时,读到了这个特
殊字符,就把认为已经读完一个完整的消息。
HTTP 是一个非常好的例子。

HTTP 通过设置回⻋符、换行符作为 HTTP 报文协议的边界。
有一点要注意,这个作为边界点的特殊字符,如果刚好消息内容里有这个特殊字符,我们要对这
个字符转义,避免被接收方当作消息的边界点而解析到无效的数据。
自定义消息结构
我们可以自定义一个消息结构,由包头和数据组成,其中包头包是固定大小的,而且包头里有一
个字段来说明紧随其后的数据有多大。
比如这个消息结构体,首先 4 个字节大小的变量来表示数据⻓度,真正的数据则在后面。
struct {
u_int32_t message_length;
char message_data[];
} message;当接收方接收到包头的大小(比如 4 个字节)后,就解析包头的内容,于是就可以知道数据的⻓
度,然后接下来就继续读取数据,直到读满数据的⻓度,就可以组装成一个完整到用⼾消息来处
理了。
