14.8 Socket 一收一发通信寻技术

通常情况下我们在编写套接字通信程序时都会实现一收一发的通信模式，当客户端发送数据到服务端后，我们希望服务端处理请求后同样返回给我们一个状态值，并以此判断我们的请求是否被执行成功了，另外增加收发同步有助于避免数据包粘包问题的产生，在多数开发场景中我们都会实现该功能。

Socket粘包是指在使用TCP协议传输数据时，发送方连续向接收方发送多个数据包时，接收方可能会将它们合并成一个或多个大的数据包，而不是按照发送方发送的原始数据包拆分成多个小的数据包进行接收。

造成粘包的原因主要有以下几个方面：

TCP协议的特性：TCP是一种面向连接的可靠传输协议，保证了数据的正确性和可靠性。在TCP协议中，发送方和接收方之间建立了一条虚拟的连接，通过三次握手来建立连接。当数据在传输过程中出现丢失、损坏或延迟等问题时，TCP会自动进行重传、校验等处理，这些处理会导致接收方在接收数据时可能会一次性接收多个数据包。
缓冲区的大小限制：在接收方的缓冲区大小有限的情况下，如果发送方发送的多个小数据包的总大小超过了接收方缓冲区的大小，接收方可能会将它们合并成一个大的数据包来接收。
数据的处理方式：接收方在处理数据时，可能会使用不同的方式来处理数据，比如按照字节流方式读取数据，或者按照固定长度读取数据等方式。不同的处理方式可能会导致接收方将多个数据包合并成一个大的数据包。

如果读者是一名Windows平台开发人员并从事过网络套接字开发，那么一定很清楚此缺陷的产生，当我们连续调用send()时就会产生粘包现象，而解决此类方法的最好办法是在每次send()后调用一次recv()函数接收一个返回值，至此由于数据包不连续则也就不会产生粘包的现象。

14.8.1 服务端实现

服务端我们实现的功能只有一个接收，其中RecvFunction函数主要用于接收数据包，通过使用recv函数接收来自socket连接通道的数据，并根据接收到的数据判断条件，决定是否发送数据回应。如果接收到的数据中命令参数满足command_int_a=10和command_int_b=20，那么该函数会构建一个新的数据包，将其发送回客户端，其中包括一个表示成功执行的标志、一个包含欢迎信息的字符串以及其他数据信息。如果接收到的数据命令参数不满足上述条件，则函数会构建一个新的数据包，将其发送回客户端，其中只包括一个表示执行失败的标志。最后，函数返回一个BOOL类型的布尔值，表示接收函数是否成功执行。

#include <iostream>
#include <winsock2.h>
#include <WS2tcpip.h>

#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")

typedef struct
{
  int command_int_a;
  int command_int_b;
  int command_int_c;
  int command_int_d;

  unsigned int command_uint_a;
  unsigned int command_uint_b;

  char command_string_a[256];
  char command_string_b[256];
  char command_string_c[256];
  char command_string_d[256];

  int flag;
  int count;
}send_recv_struct;

// 调用接收函数
BOOL RecvFunction(SOCKET &sock)
{
  // 接收数据
  char recv_buffer[8192] = { 0 };
  int recv_flag = recv(sock, (char *)&recv_buffer, sizeof(send_recv_struct), 0);
  if (recv_flag <= 0)
  {
    return FALSE;
  }

  send_recv_struct *buffer = (send_recv_struct *)recv_buffer;

  std::cout << "接收参数A: " << buffer->command_int_a << std::endl;

  // 接收后判断,判断后发送标志或携带参数
  if (buffer->command_int_a == 10 && buffer->command_int_b == 20)
  {
    send_recv_struct send_buffer = { 0 };
    send_buffer.flag = 1;
    strcpy(send_buffer.command_string_a, "hello lyshark");

    // 发送数据
    int send_flag = send(sock, (char *)&send_buffer, sizeof(send_recv_struct), 0);
    if (send_flag <= 0)
    {
      return FALSE;
    }
  }
  else
  {
    send_recv_struct send_buffer = { 0 };
    send_buffer.flag = 0;

    // 发送数据
    int send_flag = send(sock, (char *)&send_buffer, sizeof(send_recv_struct), 0);
    if (send_flag <= 0)
    {
      return FALSE;
    }

    return FALSE;
  }
  return TRUE;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
  WSADATA WSAData;

  if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 0), &WSAData) == SOCKET_ERROR)
  {
    std::cout << "WSA动态库初始化失败" << std::endl;
    return 0;
  }

  SOCKET server_socket;

  if ((server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == ERROR)
  {
    std::cout << "Socket 创建失败" << std::endl;
    WSACleanup();
    return 0;
  }

  struct sockaddr_in ServerAddr;
  ServerAddr.sin_family = AF_INET;
  ServerAddr.sin_port = htons(9999);
  ServerAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

  if (bind(server_socket, (LPSOCKADDR)&ServerAddr, sizeof(ServerAddr)) == SOCKET_ERROR)
  {
    std::cout << "绑定套接字失败" << std::endl;
    closesocket(server_socket);
    WSACleanup();
    return 0;
  }

  if (listen(server_socket, 10) == SOCKET_ERROR)
  {
    std::cout << "侦听套接字失败" << std::endl;
    closesocket(server_socket);
    WSACleanup();
    return 0;
  }

  SOCKET message_socket;

  char buf[8192] = { 0 };

  if ((message_socket = accept(server_socket, (LPSOCKADDR)0, (int*)0)) == INVALID_SOCKET)
  {
    return 0;
  }

  send_recv_struct recv_buffer = { 0 };

  // 接收对端数据到recv_buffer
  BOOL flag = RecvFunction(message_socket);
  std::cout << "接收状态: " << flag << std::endl;

  closesocket(message_socket);
  closesocket(server_socket);
  WSACleanup();
  return 0;
}

14.8.2 客户端实现

对于客户端而言，其与服务端保持一致，只需要封装一个对等的SendFunction函数，该函数使用send函数将一个send_recv_struct类型的指针send_ptr发送到指定的socket连接通道。在发送完成后，函数使用recv函数从socket连接通道接收数据，并将其存储到一个char型数组recv_buffer中。接下来，该函数使用send_recv_struct类型的指针buffer将该char型数组中的数据复制到一个新的send_recv_struct类型的结构体变量recv_ptr中，最后返回一个BOOL类型的布尔值，表示发送接收函数是否成功执行。

#include <iostream>
#include <winsock2.h>

#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")

typedef struct
{
  int command_int_a;
  int command_int_b;
  int command_int_c;
  int command_int_d;

  unsigned int command_uint_a;
  unsigned int command_uint_b;

  char command_string_a[256];
  char command_string_b[256];
  char command_string_c[256];
  char command_string_d[256];

  int flag;
  int count;
}send_recv_struct;

// 调用发送接收函数
BOOL SendFunction(SOCKET &sock, send_recv_struct &send_ptr, send_recv_struct &recv_ptr)
{
  // 发送数据
  int send_flag = send(sock, (char *)&send_ptr, sizeof(send_recv_struct), 0);
  if (send_flag <= 0)
  {
    return FALSE;
  }

  // 接收数据
  char recv_buffer[8192] = { 0 };
  int recv_flag = recv(sock, (char *)&recv_buffer, sizeof(send_recv_struct), 0);
  if (recv_flag <= 0)
  {
    return FALSE;
  }

  send_recv_struct *buffer = (send_recv_struct *)recv_buffer;
  memcpy((void *)&recv_ptr, buffer, sizeof(send_recv_struct));
  return TRUE;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
  WSADATA WSAData;
  if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 0), &WSAData) == SOCKET_ERROR)
  {
    return 0;
  }
  SOCKET client_socket;
  if ((client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == SOCKET_ERROR)
  {
    WSACleanup();
    return 0;
  }

  struct sockaddr_in ClientAddr;
  ClientAddr.sin_family = AF_INET;
  ClientAddr.sin_port = htons(9999);
  ClientAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
  if (connect(client_socket, (LPSOCKADDR)&ClientAddr, sizeof(ClientAddr)) == SOCKET_ERROR)
  {
    closesocket(client_socket);
    WSACleanup();
    return 0;
  }

  send_recv_struct send_buffer = {0};
  send_recv_struct response_buffer = { 0 };

  // 填充发送数据包
  send_buffer.command_int_a = 10;
  send_buffer.command_int_b = 20;
  send_buffer.flag = 0;

  // 发送数据包,并接收返回结果
  BOOL flag = SendFunction(client_socket, send_buffer, response_buffer);
  if (flag == FALSE)
  {
    return 0;
  }

  std::cout << "响应状态: " << response_buffer.flag << std::endl;
  if (response_buffer.flag == 1)
  {
    std::cout << "响应数据: " << response_buffer.command_string_a << std::endl;
  }

  closesocket(client_socket);
  WSACleanup();
  return 0;
}

运行上述代码片段，读者可看到如下图所示的输出信息；