Qt 使用UDPSocket遇到的丢包问题

最近烦人的事情很多，所以博客一直被落下了。这样不好，希望可以敦促自己不要懒惰。

前些日子接下了一个撂摊子的项目，这个项目中大量的使用udp socket进行多软件多硬件的来回通讯过程，但说实话通信量不是特别大。但是经常遇到各种各样奇怪的丢包现象。在解决这些问题过程中，也算加强了一些基础知识的学习，在此也顺便记录下解决步骤，以便下次项目中使用。

该项目中软件部分有A、B两个软件。其中A和B都有各自的发送和接受UDP功能。

代码实现很简单：

发送端：

void UdpServer::send(const QString &message)
{
qDebug() << "message not null" << message;
QByteArray byte;
byte.append(message.toAscii());
_socket->writeDatagram(byte,mcast_addr,tempport);
}

UdpServer::UdpServer(QObject *parent):QObject(parent)
{
_socket = new QUdpSocket();
}

接收端：

void UdpClient::recv()
{
while(_socket->hasPendingDatagrams())
{
QByteArray data;
data.resize(_socket->pendingDatagramSize());
_socket->readDatagram(data.data(),(qint64)data.size());
//        QString byteStr = QString(data.toHex());
//        qDebug() << "此次接受的报文内容是：" << byteStr;
if(byteStr.left(4)=="5555"){
.....
}else if(byteStr.left(4)=="6666"){
.....
}
....
}
}

以上是原程序。

刚开始测试的时候，另一程序以每500ms速度发送长度为512长度的报文，发现丢包现象比较严重。开始怀疑是否是因为收包程序while中有大量的逻辑判断逻辑而造成报文并没有及时的接受到。于是新建一个数据缓存池CDataPool类，并继承于Qthread类。接受到报文后，不进行任何处理，直接放至CDataPool类的队列中，然后另起线程进行报文解析操作，代码如下：

CDataPool.h

/***********************************************************************
* Module:  CDataPool.h
* Author:  振星
* Modified: 2014年11月4日星期二 09:57:45
* Purpose: Declaration of the class CDataPool
* Comment: 数据管理类
***********************************************************************/

#ifndef CDATAPOOL_H
#define CDATAPOOL_H
#include <QtCore/qglobal.h>
#include <QMutex>
#include <QString>
#include <QWaitCondition>
#include <QThread>
#include <QQueue>
#include <QSharedPointer>

#define CONTAINER_MAX_NUM   10000 // 缓存队列中最大数目
typedef struct msghead
{
unsigned short headFst;
unsigned short headSnd;
}_MSGHEAD;

#if defined(DATAPOOL_LIBRARY)
#  define DATAPOOLSHARED_EXPORT Q_DECL_EXPORT
#else
#  define DATAPOOLSHARED_EXPORT Q_DECL_IMPORT
#endif

class DATAPOOLSHARED_EXPORT CDataPool   : public QThread {
Q_OBJECT
public:
static CDataPool * instance();
~CDataPool();
//void insert(char*);
bool recv(const QByteArray); // 接收数据并缓存
/* 线程停止 */
void stop();
void init();
// 设置报文回发页面
void setMark(int);
protected:
void run(); // 线程

signals:

private:
explicit CDataPool();
static CDataPool * m_instance; // 唯一实例
bool handleData(); // 处理队列中数据数据
// 线程停止
volatile bool stopped;
QMutex mutex;
QWaitCondition queueWait;
// 队列数组
QQueue<QByteArray> qqByteArr;
};

#endif // CDATAPOOL_H

CDataPool.cpp

CDataPool.cpp
/***********************************************************************
* Module:  CDataPool.cpp
* Author:  振星
* Modified: 2014年11月4日星期二 09:57:45
* Purpose: Declaration of the class CDataPool
* Comment: 数据管理类
***********************************************************************/
#include "cdatapool.h"
#include "monitorDefine.h"
#include "picDefine.h"
#include "QDebug"

CDataPool * CDataPool::m_instance = NULL;
////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Name:       CDataPool::instance()
// Purpose:    Implementation of CDataPool::instance()
// Comment:    应用实例
// Return:      static CDataPool *
////////////////////////////////////////////////////////////////////////
CDataPool * CDataPool::instance()
{
if ( NULL == m_instance ){
m_instance = new CDataPool;
}
return m_instance;
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Name:       CDataPool::CDataPool()
// Purpose:    Implementation of CDataPool::CDataPool()
// Return:
////////////////////////////////////////////////////////////////////////
CDataPool::CDataPool()
{
stopped = false;
qqByteArr.clear();
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Name: CDataPool::handleData
// Purpose:  处理数据池中的数据
// Comment:  应用实例
// Return: -1:fail; >=0:success
////////////////////////////////////////////////////////////////////////
bool CDataPool::handleData()
{
if(qqByteArr.length() < 1)
return -1;
// QMutexLocker locker(&mutex);
QByteArray byteArrFirst = qqByteArr.takeFirst();
QString byteStr = QString(byteArrFirst.toHex());
qDebug() << "即将处理的报文是：" << byteStr;

// 为什么这么做？我也不知道，这个是之前的代码，看不懂，很麻烦的判断
if( 0x3333 == mh->headFst || 0x4444 == mh->headFst){//
....
}else if(0x5555 == mh->headFst && 0xAAAA ==mh->headSnd){//
switch (mark) {
case MARK_1:
{
.....
}
break;
case MARK_2:
{
.....
}
break;
case MARK_3:
{
.....
}
break;
case MARK_4:
{
.....
}
break;
default:
break;
}

}else{ // 其他处理逻辑
if(mark == MARK_1)
{
.....
}
else if(mark == MARK_3)
{
.....
}
else if(mark == MARK_4)
{
.....
}
return 1;
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Name:       CDataPool::~CDataPool()
// Purpose:    Implementation of CDataPool::~CDataPool()
// Return:
////////////////////////////////////////////////////////////////////////
CDataPool::~CDataPool()
{
//delete m_instance;
QMutexLocker locker(&mutex);
SFDelete(mh);
qqByteArr.clear();
quit();
wait();
stopped = true;
mark = 0;
// TODO : implement
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Name: CDataPool::recv
// Purpose:  接收数据并缓存
// Parameters: 1. buf:数据首址,2.len ：长度
// Comment:    应用实例
// Return: -1:fail; >=0:success
////////////////////////////////////////////////////////////////////////
bool CDataPool::recv(const QByteArray byte)
{
QMutexLocker locker(&mutex); // 锁定队列对象，禁止同时操作
if(qqByteArr.size() >CONTAINER_MAX_NUM){ // 当队列大于限定值时，
qqByteArr.removeFirst();
}

//    QString byteStr = QString(byte.toHex());
//    qDebug() << "放到队列里面的报文是：" << byteStr;

qqByteArr.enqueue(byte); // 插入指针到队列尾部
queueWait.wakeOne(); // 唤醒睡着中的线程
return 1;
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Name:       CDataPool::run()
// Purpose:    Implementation of CDataPool::run()
// Comment:    线程 用于推送解析信号至显示模块
// Return:     void
////////////////////////////////////////////////////////////////////////
void CDataPool::run()
{
forever{
QMutexLocker locker(&mutex);
if(qqByteArr.isEmpty()){
queueWait.wait(&mutex);
}else{
handleData();
}
}
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Name:       CDataPool::init()
// Purpose:    Implementation of CDataPool::init()
// Comment:    启动线程
// Return:     void
////////////////////////////////////////////////////////////////////////
void CDataPool::init()
{
if(!stopped){
start();
}
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Name:       CDataPool::setMark(int m)
// Purpose:    Implementation of CDataPool::setMark(int m)
// Comment:    启动线程
// Return:     void
////////////////////////////////////////////////////////////////////////
void CDataPool::setMark(int m)
{
mark = m;
}

CDataPool 是一个单例，同时使用线程在不停的执行报文解析，当有新的报文进来后，唤醒线程，否则线程休眠。

然后修改原来的接受部分程序：

void UdpClient::recv()
{
while(_socket->hasPendingDatagrams())
{
QByteArray data;
data.resize(_socket->pendingDatagramSize());
_socket->readDatagram(data.data(),(qint64)data.size());
//        QString byteStr = QString(data.toHex());
//        qDebug() << "此次接受的报文内容是：" << byteStr;
cDataPool->recv(data);
}
}

改完以上的程序后，我满心以为，应该不会丢包了吧？使用100ms的发送次数，依然丢包，只是稍微好了一点点。但至少有些进步。大概1000包数据中至少会丢400包。伤心。

通过上述的实践说明，在报文接受过程中，报文解析逻辑比较复杂时，如果在同一线程处理，会对造成一定程度的丢包现象。但绝不是主要原因。

客户几个电话打过来催促解决问题的时间点。无奈继续没有注释阅读代码，突然发现了一个比较有趣的逻辑，很值得分享下。大家都知道到udp报文大于一定值时，将会被截包或者丢包。之前写这个项目的人写了以下的代码：

foreach (PICINFO info, selectedMoubleInfoList) {
QString tempStr = info.module_userId + BACKSLASH
+ info.module_FactoryId + BACKSLASH
+ mnMap.value(info.module_userId);
if(updUseData.size() + tempStr.size() < maxUpdlength){
updUseData += tempStr + COLON;
}else{
updUseDataList.append(updUseData);
updUseData = STR_EAMPTY;
updUseData += tempStr + COLON;
}
selectedMoubleList.append(info.module_FactoryId);
}

if(updUseData.size() > 0){
updUseDataList.append(updUseData);
}

if(updUseDataList.size() > 0){
ui->progressBar->setRange(0,selectedMoubleInfoList.size());

//字符>1000的场合，分段截取
foreach (QString str, updUseDataList) {

int index = str.lastIndexOf(COLON);

QString sendStr = useCode + DOLLAR + QString::number(selectedMoubleInfoList.size())+ COMMA
+ doConnParamStr(paramMap)
+ str.left(index);

udpServer->send(sendStr);

}

上面的代码主要是将要发送的报文拼接成字符串时，按照1000的长度进行分割，分割完毕后在发送到socket中。想法是好的，但是问题就来了，他在一个for循环中发送报文，这个速度可不是100ms或者其他值，可能都是微秒级别的。

我很想将上面的代码改动下，但是发现几乎所有的类全部都关联这个里面，改动实在太大，所以我使用了一个临时解决方法在foreach循环中加上Sleep(100).

这个操作完成后，惊喜很大，在发送频率为150ms的时候，就从没有出现丢包现象，但是如果设置成100ms，基本还是会丢10包左右。

于是继续寻找可能出现的问题，基本上所有接受和发送的地方我都检查过，依然不知道为什么会丢包。后来打电话问了某研究所的博士，他对我说了一个可能的原因，就是如果两个软件部署在同一台机器上自发自收，可能会因为socket缓存池的满的问题造成上述丢包现象。于是将两个软件分开部署后，即使调整至50ms的发送频率也不会出现丢包现象。不过调整socket的缓存大小目前我还没有去实现，毕竟已经可以和客户说原因了。

这篇文章应该没有什么技术含量，但是却记录着一些解决问题的方法和思路，希望可以互相共享并且请大牛们指点不足。谢谢