
在tcp/ip网络编程中,一个常见的误解是认为tcp传输的是“消息”或“数据包”。然而,tcp(传输控制协议)本质上是一个字节流(byte stream)协议。这意味着数据被视为一个连续的字节序列,而不是离散的、有边界的消息单元。当node.js服务器使用socket.write(buffer.from("123"))发送数据时,它仅仅是将字节推送到输出缓冲区。而c语言客户端的recv(socket_fd, buffer, 3, 0)函数,其行为是尝试从套接字接收指定数量的字节,如果可用字节不足,它会阻塞,直到有更多数据到达或连接被对端关闭。
原始问题中,客户端的GetData函数在while ((bytes_read = recv(socket_fd, buffer + offset, BUFFER_SIZE, 0)) > 0)循环中持续调用recv。这个循环会一直执行,直到recv返回0(表示对端关闭了写入端)或返回-1(表示发生错误)。如果服务器仅仅是调用socket.write()发送数据,而没有调用socket.end()来关闭其写入端,那么客户端的recv循环将永远等待,因为它不知道“消息”何时结束,从而导致连接“卡住”。
相比之下,当服务器调用socket.end(Buffer.from("123"))时,socket.end()不仅发送数据,还会立即关闭套接字的写入端。这会向客户端发送一个FIN(结束)包,当客户端的recv函数检测到这个FIN包时,它会返回0,从而终止GetData函数中的while循环,使得函数能够返回。然而,这种方式的缺点是每次数据传输后都需要关闭连接,这对于需要持续通信的应用场景来说是不可接受的,因为它会引入大量的连接建立和关闭开销。
为了在TCP字节流上实现可靠的、连续的消息传输,而无需每次发送后关闭连接,必须在应用层引入消息帧定(Message Framing)机制。消息帧定是指在发送数据时,为每个逻辑消息添加额外的元数据(如长度信息或特定分隔符),以便接收方能够准确地识别消息的起始和结束。
常用的消息帧定策略有两种:
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对于Node.js和C语言的跨平台通信,长度前缀法是更推荐的选择,因为它避免了字符编码和特殊字节冲突的问题。
1. 服务器端(Node.js)实现
服务器在发送任何数据之前,首先计算数据的字节长度,然后将这个长度值编码为一个固定大小的字节序列(例如,一个32位无符号整数,占用4个字节),作为前缀与实际数据一起发送。
// Node.js 服务器端示例
const net = require('net');
const server = net.createServer((socket) => {
console.log('Client connected.');
socket.on('data', (data) => {
// 假设客户端也发送了带长度前缀的数据
console.log('Received from client:', data.toString());
});
socket.on('end', () => {
console.log('Client disconnected.');
});
socket.on('error', (err) => {
console.error('Socket error:', err);
});
// 示例:发送一个消息
function sendMessage(message) {
const messageBuffer = Buffer.from(message, 'utf8');
const messageLength = messageBuffer.length;
// 创建一个4字节的Buffer来存储长度
const lengthBuffer = Buffer.alloc(4);
lengthBuffer.writeUInt32BE(messageLength, 0); // 使用大端字节序写入长度
// 将长度Buffer和消息Buffer拼接起来发送
socket.write(Buffer.concat([lengthBuffer, messageBuffer]));
console.log(`Sent message: "${message}" (length: ${messageLength})`);
}
// 模拟发送多条消息
setTimeout(() => sendMessage("Hello from Node.js server!"), 1000);
setTimeout(() => sendMessage("This is a second message."), 2000);
setTimeout(() => sendMessage("Longer message to test buffer handling on client side. This message is intentionally made longer to demonstrate how the client should handle larger data chunks correctly."), 3000);
});
const PORT = 3000;
server.listen(PORT, () => {
console.log(`Server listening on port ${PORT}`);
});2. 客户端(C语言)实现
客户端需要分两步接收数据:首先读取固定长度的前缀(例如4个字节),解析出消息的实际长度;然后根据这个长度值,循环读取剩余的字节,直到接收到完整的消息。
// C 语言客户端示例 (GetData 函数改进)
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#define LENGTH_PREFIX_SIZE 4 // 长度前缀的字节数 (例如:32位无符号整数)
#define INITIAL_BUFFER_SIZE 1024 // 初始缓冲区大小
// 辅助函数:从套接字精确读取指定字节数
ssize_t read_exact(int socket_fd, void *buffer, size_t length) {
size_t total_read = 0;
ssize_t bytes_read;
while (total_read < length) {
bytes_read = recv(socket_fd, (char *)buffer + total_read, length - total_read, 0);
if (bytes_read <= 0) {
// 连接关闭 (bytes_read == 0) 或错误 (bytes_read == -1)
if (bytes_read == 0) {
fprintf(stderr, "Connection closed by peer.\n");
} else {
perror("recv error");
}
return -1; // 返回错误或连接关闭信号
}
total_read += bytes_read;
}
return total_read;
}
char *GetData(int socket_fd) {
uint32_t message_length_net; // 网络字节序的消息长度
uint32_t message_length_host; // 主机字节序的消息长度
// 1. 读取4字节的长度前缀
if (read_exact(socket_fd, &message_length_net, LENGTH_PREFIX_SIZE) == -1) {
return NULL; // 读取长度失败
}
// 将网络字节序转换为本机字节序
message_length_host = ntohl(message_length_net);
printf("Expected message length: %u bytes\n", message_length_host);
if (message_length_host == 0) {
// 如果消息长度为0,直接返回一个空字符串或处理空消息
char *empty_buffer = (char *)malloc(1);
if (empty_buffer == NULL) {
perror("malloc failed for empty buffer");
return NULL;
}
empty_buffer[0] = '\0';
return empty_buffer;
}
// 2. 根据解析出的长度分配缓冲区并读取消息内容
char *buffer = (char *)malloc(message_length_host + 1); // +1 for null terminator
if (buffer == NULL) {
perror("malloc failed for message buffer");
return NULL;
}
if (read_exact(socket_fd, buffer, message_length_host) == -1) {
free(buffer);
return NULL; // 读取消息内容失败
}
buffer[message_length_host] = '\0'; // 添加字符串结束符
return buffer;
}
// 客户端主函数示例
int main() {
int sock = 0;
struct sockaddr_in serv_addr;
char *received_data;
if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
perror("Socket creation error");
return -1;
}
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(3000); // 替换为你的服务器端口
if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) { // 替换为你的服务器IP
perror("Invalid address/ Address not supported");
return -1;
}
if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
perror("Connection Failed");
return -1;
}
printf("Connected to server.\n");
// 循环接收多条消息
for (int i = 0; i < 3; ++i) { // 假设接收3条消息
received_data = GetData(sock);
if (received_data != NULL) {
printf("Received message %d: \"%s\"\n", i + 1, received_data);
free(received_data); // 释放内存
} else {
fprintf(stderr, "Failed to receive message %d or connection closed.\n", i + 1);
break; // 退出循环,通常意味着连接已关闭或发生错误
}
}
close(sock);
return 0;
}Node.js与C语言进行TCP通信时,理解TCP的字节流特性是构建健壮应用的关键。直接依赖recv()来判断消息结束是不可靠的,因为它只会等待数据或连接关闭。通过在应用层实现消息帧定,特别是采用长度前缀的方式,可以有效地解决recv()阻塞问题,实现服务器和客户端之间连续、可靠的双向数据流传输,而无需频繁地建立和关闭连接。这不仅提高了通信效率,也使得跨语言的TCP应用开发更加灵活和稳定。
以上就是Node.js与C语言TCP通信中的数据流处理与消息帧定的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!
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