Json与Tcp帧之间的转换

JSON 与 TCP 帧之间的转换**,本质上就是应用层协议的封装(Encoding)(Decoding)。**

很多机器人 SDK、后端服务器、物联网设备都会做这一层。下面以一个完整流程说明。

一、为什么需要转换?

JSON 只是一个字符串,例如:

{

"seq": 1,

"command": "move",

"speed": 0.5

}

但是 TCP 并不知道哪里是一条完整消息

TCP 是字节流协议(Stream)

发送:

JSON1

JSON2

JSON3

TCP

接收:

JSON1JSON2JSON3

或者:

JSON1

TCP

第一次收到:

{

"seq"

第二次收到:

":1,"command"

第三次收到:

":"move"...}

也就是说:

TCP 不保证一次 send() 对应一次 recv()。

所以必须自己定义"一帧(Frame)"。

二、什么叫 TCP 帧(Frame)

帧就是:

一条完整消息的数据格式。

例如:

+----------------+

| Frame 1 |

+----------------+

| Frame 2 |

+----------------+

| Frame 3 |

+----------------+

TCP 负责运输。

帧由应用层定义。

三、最常见的两种封包方式

方法一:长度字段(最常见)

很多 SDK 都采用这种方式。

例如:

长度(4字节)

JSON数据

假设 JSON:

复制代码
{"cmd":"move"}

长度:

14

发送:

+------------+-------------------+

| 00 00 00 0E| {"cmd":"move"} |

+------------+-------------------+

服务器收到:

先读4字节

知道后面还有14字节

继续读取14字节

解析JSON

整个过程如下:

JSON

计算长度

前面加4字节长度

TCP发送

接收:

TCP

读取长度

读取正文

JSON

QJsonDocument::fromJson()

方法二:分隔符

例如:

{"cmd":"move"}\n

发送:

{"cmd":"move"}\n

{"cmd":"stop"}\n

{"cmd":"left"}\n

服务器一直读:

buffer += socket.readAll();

当发现:

\n

说明:

一条消息结束。

于是:

取出

{"cmd":"move"}

解析JSON

四、JSON → TCP 帧(编码)

假设:

cpp 复制代码
QJsonObject obj;
obj["seq"] = 1;
obj["command"] = "move";
obj["speed"] = 0.5;

第一步:

生成 JSON

cpp 复制代码
QByteArray json =
QJsonDocument(obj).toJson(QJsonDocument::Compact);

得到:

cpp 复制代码
{"seq":1,"command":"move","speed":0.5}

第二步:

封装 Frame。

如果使用换行协议:

cpp 复制代码
json.append('\n');

变成:

{"seq":1,"command":"move","speed":0.5}\n

第三步:

发送

cpp 复制代码
socket.write(json);

流程:

QJsonObject

QJsonDocument

QByteArray

追加 '\n'

socket.write()

五、TCP 帧 → JSON(解码)

收到:

{"seq":1,"command":"move","speed":0.5}\n

读取:

cpp 复制代码
buffer += socket.readAll();

寻找:

\n

找到以后:

QString line

{"seq":1,"command":"move","speed":0.5}

然后:

cpp 复制代码
QJsonDocument doc =
QJsonDocument::fromJson(line.toUtf8());

得到:

cpp 复制代码
QJsonObject obj = doc.object();

然后:

cpp 复制代码
obj["command"].toString();

得到:

move

流程:

socket.readAll()

buffer

找到 '\n'

取出一行

QJsonDocument::fromJson()

QJsonObject

command

六、为什么要单独做这一层?

JSONTCP 的转换独立出来(例如 Protocol::encode() / Protocol::decode())有几个好处:

职责分离:业务代码只负责构造命令,不需要关心网络传输细节。

易于维护:如果通信协议从"换行分隔"改成"长度前缀",只需要修改协议层,业务层几乎不用改动。

便于测试:协议编码和解码可以独立编写单元测试。

方便扩展:未来可以将 JSON 替换为 Protobuf、MessagePack 等序列化格式,而不影响上层 API。

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