本篇内容介绍了“Node.js高级编程之UDP可靠性源码分析”的有关知识，在实际案例的操作过程中，不少人都会遇到这样的困境，接下来就让小编带领大家学习一下如何处理这些情况吧！希望大家仔细阅读，能够学有所成！
不可靠的 UDP
实验前，我们先介绍一下需要用到的工具（Mac 环境，其他环境请自行搜索相关工具）：
Network Link Conditioner：模拟丢包场景，可以去苹果开发者网站上下载
Wireshark：抓包分析工具
云主机：因为实现发现 Network Link Conditioner 对本地回环地址不起作用，如果有更好的方法求大佬指出
然后我们准备两段代码，一段作为 UDP Server，一段作为 UDP Client，Client 会向 Server 发送 26 个英文大写字母，Server 会将他们存到文件：
// udp-server.jsconst udp = require('dgram')const server = udp.createSocket('udp4')const fs = require('fs')server.on('listening', function () { var address = server.address() var port = address.port console.log('Server is listening at port ' + port)})server.on('message', function (msg, info) { console.log( `Data received from ${info.address}:${info.port}: ${msg.toString()}` ) fs.appendFileSync('./out', msg.toString())})server.on('error', function (error) { console.log('Error: ' + error) server.close()})server.bind(7788)// udp-client.jsconst udp = require('dgram')const client = udp.createSocket('udp4')for (let i = 0; i < 26; i++) { const char = String.fromCharCode(0x41 + i) client.send(Buffer.from(char), 7788, '********', function (error) { if (error) { console.log(error) } })}接着我们按照下面步骤开始实验：
通过 Network Link Conditioner 把丢包率设置为 50%：
设置好 Wireshark 的抓包参数：
在云主机上启动 Server，在本地启动 Client。
接着，我们来看一下实验结果：
首先，我们可以看到服务端接收到的字母少了很多，只有 14 个：
服务端接收到的字母顺序是乱序的，比如 U 跑到了 T 的前面：
为了进行对比，我们可以换成 TCP 试试，代码如下，结果就不贴了：
// tcp-server.jsconst net = require('net')const server = net.createServer()const fs = require('fs')server.on('connection', function (conn) { conn.on('data', (msg) => { console.log( `Data received from ${conn.address().address}:${ conn.address().port }: ${msg.toString()}` ) fs.appendFileSync('./out', msg.toString()) })})server.listen(8899, () => { console.log('server listening to %j', server.address().port)})// tcp-client.jsvar net = require('net')var client = new net.Socket()client.connect(8899, '********', function () { for (let i = 0; i < 26; i++) { const char = String.fromCharCode(0x41 + i) client.write(char) }})接下我们试试基于 UDP 来实现一个可靠的传输协议，主要解决上面的丢包和乱序问题。
基于 UDP 的简单可靠传输协议
首先，需要设计一下我们的协议格式。为了简单起见，我们只在原来 UDP 的数据部分分别新增 4 个字节的 SEQ 和 ACK：
+-------------------------------+| 64 个字节的 UDP 首部 |+-------------------------------+| SEQ(4 个字节) | ACK(4 个字节) |+-------------------------------+| Data |+-------------------------------+其中 SEQ 表示当前包的序号，ACK 表示回复序号。
接下来看看，我们如何解决前面的两个问题。
乱序问题
接收方需要维护一个变量 expectedSeq 的变量表示期待接收到的包序号。为了简单起见，我们制定如下规则：如果当前接收到的包序号等于 expectedSeq，则把包交给应用层处理，并发送 ACK 给发送方；否则我们都直接丢弃。当然更好的做法是维护一个接收窗口，这样可以批量的提交数据给应用层，也可以用来缓存大于 expectedSeq 的包。
假设现在发送方发送了 1 2 3 两个包，但是到达接收方的顺序是 3 2 1，按照我们的规则接收方会丢弃 3 和 2，接收 1。好家伙，顺序倒是不乱了，但是包没了。
所以还得把丢包问题也解决了才行。
丢包问题
发送方维护一个发送窗口用来存储已发送但是还未被确认的包：
+---+---+---+---+| 1 | 2 | 3 | 4 |+---+---+---+---+发送方每发送一个包的同时还需要将包放入发送窗口，并设置一个定时器用来重发这个包。当发送方接收到来自接收方的 ACK 时，需要取消掉对应包的定时器，并将发送窗口中小于 ACK 的包都删除。
+---+---+---+---+| 1 | 2 | 3 | 4 |+---+---+---+---+// ACK = 4，删除 1 2 3，并取消掉他们的定时器+---+| 4 |+---+完整代码及使用 Demo 见文末，现在可以正常按顺序输出 26 个字母了，但是离“可靠”协议还差得远。比如第一次输出完 26 个字母后，我们再次启动客户端时发现就没有任何输出了。原因在于此时接收端的 expectedSeq 已经是 20 多了，但是新启动的 client 发送的 SEQ 还是从 1 开始的，结果就是接收端一直丢弃接收到的包，发送端一直重试。
要解决这个问题，可以参考 TCP 在传输两端建立“连接”的概念，在开始发送前通过“三次握手”建立连接，也就是确定起始 SEQ，初始化窗口等工作，结束前通过“四次挥手”断开连接，即清理窗口定时器等工作。这个就留到以后再说吧。
代码
// packet.jsclass Packet { constructor({seq, ack, data = ''}) { this.seq = seq // 序列号 this.ack = ack // 确认号 this.data = data // 数据 } // 将 Packet 转换成 Buffer，以便通过网络传输 toBuffer() { const seqBuffer = Buffer.alloc(4) seqBuffer.writeUInt32BE(this.seq) const ackBuffer = Buffer.alloc(4) ackBuffer.writeUInt32BE(this.ack) const dataBuffer = Buffer.from(this.data) return Buffer.concat([seqBuffer, ackBuffer, dataBuffer]) } // 从 Buffer 中解析出 Packet static fromBuffer(buffer) { const seq = buffer.readUInt32BE() const ack = buffer.readUInt32BE(4) const data = buffer.slice(8) return new Packet({seq, ack, data}) }}module.exports = Packet// reliableUDP.jsconst dgram = require('dgram')const Packet = require('./packet')class ReliableUDP { constructor() { this.socket = dgram.createSocket('udp4') this.socket.on('message', this.handleMessage.bind(this)) this.sendWindow = [] // 发送窗口，用于存放待确认的数据包 this.receiveWindow = [] // 接收窗口，用于存放已接收的数据包 this.expectedSeq = 1 // 期望接收的数据包序列号 this.nextSeq = 1 // 下一个要发送的数据包序列号 this.timeout = 100 // 超时时间，单位为毫秒 this.timeoutIds = {} // 用于存放定时器 ID } listen(port, address, fn) { this.socket.bind(port, address, fn) } // 发送数据包 sendPacket(packet, address, port) { const buffer = packet.toBuffer() this.socket.send(buffer, port, address, (err) => { if (err) { console.error(err) } }) if (packet.ack) return if (!this.sendWindow.includes((p) => p.seq === packet.seq)) this.sendWindow.push(packet) // 设置超时定时器 const timeoutId = setTimeout(() => { this.handleTimeout(packet.seq, address, port) }, this.timeout) this.timeoutIds[packet.seq] = timeoutId } // 处理接收到的数据包 handleMessage(msg, rinfo) { const {address, port} = rinfo const packet = Packet.fromBuffer(msg) // 收到的是应答的包 if (packet.ack) { const ackNum = packet.ack - 1 // 处理发送窗口中已经确认的数据包 while (this.sendWindow.length > 0 && this.sendWindow[0].seq <= ackNum) { this.sendWindow.shift() } // 清除超时定时器 if (this.timeoutIds[ackNum]) { clearTimeout(this.timeoutIds[ackNum]) delete this.timeoutIds[ackNum] } } else { // 如果是重复的数据包，则忽略 if (packet.seq < this.expectedSeq) { return } // 如果是期望接收的数据包 if (packet.seq === this.expectedSeq) { this.receiveWindow.push(packet) this.expectedSeq++ // 处理接收窗口中已经确认的数据包 while ( this.receiveWindow.length > 0 && this.receiveWindow[0].seq <= this.expectedSeq ) { const packet = this.receiveWindow.shift() this.onPacketReceived(packet.data) } const ackPacket = new Packet({ seq: this.nextSeq++, ack: this.expectedSeq, }) this.sendPacket(ackPacket, address, port) } else { // 如果是未来的数据包，暂不做处理，更好的做法是缓存起来 } } } // 应用层调用该方法发送数据 send(data, address, port) { const packet = new Packet({ seq: this.nextSeq, ack: null, data, }) this.sendPacket(packet, address, port) this.nextSeq++ } // 应用层调用该方法注册回调函数，接收数据 onReceive(callback) { this.onPacketReceived = callback } // 处理超时 handleTimeout(seq, address, port) { // 重传超时的数据包 const packet = this.sendWindow.find((p) => p.seq === seq) if (packet) { this.sendPacket(packet, address, port) } }}module.exports = ReliableUDP// server.jsconst ReliableUDP = require('./reliableUDP')const server = new ReliableUDP()server.listen(7788, 'localhost')server.onReceive((data) => { console.log(data.toString())})// client.jsconst ReliableUDP = require('./reliableUDP')const client = new ReliableUDP()for (let i = 0; i < 26; i++) { const char = String.fromCharCode(0x41 + i) client.send(char, 'localhost', 7788)}“Node.js高级编程之UDP可靠性源码分析”的内容就介绍到这里了，感谢大家的阅读。如果想了解更多行业相关的知识可以关注编程网网站，小编将为大家输出更多高质量的实用文章！
