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一 TCP编程

1.1 服务端代码

package main

import (
    "fmt"
    "net"
)

func main() {

    /**
    Unix网络编程步骤:Server->Bind->Listen->Accept
    Go语言简化为了:Listen->Accept
     */

    // 此处创建了第一个套接字:设置了通信协议、IP地址、port
    listener, err := net.Listen("tcp", "127.0.0.1:3000")
    defer listener.Close()            // 套接字也是文件,需要关闭
    if err != nil {
        fmt.Println("net listen err:", err)
        return
    }

    // 此处创建了第二个套接字:用于阻塞监听客户端连接请求。注意listener并未监听,accept实现了监听
    conn, err := listener.Accept()
    defer conn.Close()            // 套接字也是文件,需要关闭
    if err != nil {
        fmt.Println("listener accept err:", err)
        return
    }

    // 读取客户端数据
    buf := make([]byte, 4096)
    n, err := conn.Read(buf)
    if err != nil {
        fmt.Println("conn.Read err:", err)
        return
    }

    // 业务逻辑
    fmt.Println("Read msg:", string(buf[:n]))
    conn.Write([]byte("word"))

}

运行服务端后,使用命令行工具模拟请求:nc 127.0.0.1 3000

1.2 客户端代码

在1.1中,只是使用nc命令模拟了客户端,下面直接使用Go开发一个TCP客户端:

package main

import (
    "fmt"
    "net"
)

func main() {
    conn, err := net.Dial("tcp", "127.0.0.1:3000")
    if err != nil {
        fmt.Println("Dial err:", err)
        return
    }
    defer conn.Close()

    // 主动向服务器发送数据
    conn.Write([]byte("hello"))

    // 接收服务器返回数据
    buf := make([]byte, 4096)
    n, err := conn.Read(buf)
    if err != nil {
        fmt.Println("client read err:", err)
        return
    }
    fmt.Println("client receive:", string(buf[:n]))
}

客户端运行后,即可与TCP服务端进行通信。

1.3 优化服务端

在1.1中,服务端接收了一次请求后即关闭了,显然不符合现在服务端能够同时接收大量请求的业务要求。使用for循环不断创建连接,等待带新的请求即可实现多客户端接入。具体的业务逻辑则可以交给一个go协程处理,这样服务端就可以专门用于循环等待请求、创建连接,而每个go程则负责具体的业务逻辑!

并发服务端:

package main

import (
    "fmt"
    "io"
    "net"
)

func main() {

    // 创建监听套接字
    listener, err := net.Listen("tcp", "127.0.0.1:3000")
    defer listener.Close()
    if err != nil {
        fmt.Println("net listen err:", err)
        return
    }

    // 监听客户端连接请求
    for {
        conn, err := listener.Accept()
        if err != nil {
            fmt.Println("listener accept err:", err)
            return
        }

        // 业务逻辑
        go handler(conn)
    }
}

func handler(conn net.Conn) {

    if conn == nil {
        panic("conn is nil")
    }
    defer conn.Close()

    // 循环读取客户端数据
    buf := make([]byte, 4096)
    for {
        n, err := conn.Read(buf)

        if err == io.EOF {        // 此时n=0
            fmt.Println("read EOF")
            break
        }

        if err != nil {
            fmt.Println("conn.Read err:", err)
            break
        }

        fmt.Println("Server receive msg:", string(buf[:n]))
        conn.Write([]byte("word"))
    }
}

二 理解Golang TCP编程

2.1 IPv4与IPv6

目前的全球因特网所采用的协议族是TCP/IP协议。IP是TCP/IP协议中网络层的协议,是TCP/IP协议族的核心协议。目前主要采用的IP协议的版本号是4(简称为IPv4)。

IPv4的地址位数为32位,也就是最多有2的32次方的网络设备可以联到Internet上。近十年来由于互联网的蓬勃发展,IP位址的需求量愈来愈大,使得IP位址的发放愈趋紧张,前一段时间,据报道IPV4的地址已经发放完毕。

IPv4地址格式类似这样:127.0.0.1 171.121.121.111

IPv6是下一版本的互联网协议,也可以说是下一代互联网的协议,它是为了解决IPv4在实施过程中遇到的各种问题而被提出的,IPv6采用128位地址长度,几乎可以不受限制地提供地址。按保守方法估算IPv6实际可分配的地址,整个地球的每平方米面积上仍可分配1000多个地址。在IPv6的设计过程中除了一劳永逸地解决了地址短缺问题以外,还考虑了在IPv4中解决不好的其它问题,主要有端到端IP连接、服务质量(QoS)、安全性、多播、移动性、即插即用等。

地址格式类似这样:2008:c0e8:82e7:0:0:0:c7e8:82e7

Go中提供了ParseIP(s string) IP函数会把一个IPv4或者IPv6的地址转化成IP类型。

大部分底层网络编程都依赖于Socket编程,包括:HTTP,IM通信,视频流传输,游戏服务器等。因为对于HTTP协议来说,直接使用Socket编程能够节省性能开支。
Socket起源于UNIX,本着UNIX一切皆文件的哲学,可以用打开-读写-关闭的方式操作。网络的Socket数据传输是一种特殊的I/O,Socket也是一种文件描述符。Socket也具有一个类似于打开文件的函数调用:Socket(),该函数返回一个整型的Socket描述符,随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该Socket实现的。
网络之间的进程如果要通信,需要先对socket进行唯一标识。在本地,网络之间通信可以通过PID来标识唯一,但是到了网络中,进程通过网络层的IP,传输层的协议+端口来标识(三元组:ip地址,协议,端口可以标识网络的唯一进程)。

Web开发中,Socket编程主要面向OSI模型的第三层和第四层协议,即:IP协议,TCP协议,UDP协议,常见的分类有:

  • 流式Socket(SOCK_STREAM):面向连接,主要用于TCP服务

  • 数据式Socket(SOCK_DGRAM):无连接,主要用于UDP服务

三 UDP

Go语言包中处理UDP Socket和TCP Socket不同的地方就是在服务器端处理多个客户端请求数据包的方式不同,UDP缺少了对客户端连接请求的Accept函数。其他基本几乎一模一样,只有TCP换成了UDP而已。UDP的几个主要函数如下所示:


func ResolveUDPAddr(net, addr string) (*UDPAddr, os.Error)
func DialUDP(net string, laddr, raddr *UDPAddr) (c *UDPConn, err os.Error)
func ListenUDP(net string, laddr *UDPAddr) (c *UDPConn, err os.Error)
func (c *UDPConn) ReadFromUDP(b []byte) (n int, addr *UDPAddr, err os.Error)
func (c *UDPConn) WriteToUDP(b []byte, addr *UDPAddr) (n int, err os.Error)

一个UDP的客户端代码如下所示,我们可以看到不同的就是TCP换成了UDP而已:

func main() {
    if len(os.Args) != 2 {
        fmt.Fprintf(os.Stderr, "Usage: %s host:port", os.Args[0])
        os.Exit(1)
    }
    service := os.Args[1]
    udpAddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp4", service)
    checkError(err)
    conn, err := net.DialUDP("udp", nil, udpAddr)
    checkError(err)
    _, err = conn.Write([]byte("anything"))
    checkError(err)
    var buf [512]byte
    n, err := conn.Read(buf[0:])
    checkError(err)
    fmt.Println(string(buf[0:n]))
    os.Exit(0)
}
func checkError(err error) {
    if err != nil {
        fmt.Fprintf(os.Stderr, "Fatal error %s", err.Error())
        os.Exit(1)
    }
}

我们来看一下UDP服务器端如何来处理:

func main() {
    service := ":1200"
    udpAddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp4", service)
    checkError(err)
    conn, err := net.ListenUDP("udp", udpAddr)
    checkError(err)
    for {
        handleClient(conn)
    }
}
func handleClient(conn *net.UDPConn) {
    var buf [512]byte
    _, addr, err := conn.ReadFromUDP(buf[0:])
    if err != nil {
        return
    }
    daytime := time.Now().String()
    conn.WriteToUDP([]byte(daytime), addr)
}
func checkError(err error) {
    if err != nil {
        fmt.Fprintf(os.Stderr, "Fatal error %s", err.Error())
        os.Exit(1)
    }
}

1.3 Go的TCP响应解释

Go语言通过net包中的DialTCP函数来建立一个TCP连接,并返回一个TCPConn类型的对象,当连接建立时服务器也创建一个同类型的对象,此时客户端和服务端通过各自拥有的TCPConn对象进行数据交换,只有当任意一端关闭连接,才会失效。

TCPConn类型拥有的函数有:

func (c *TCPConn) Write(b []byte) (int, error)
func (c *TCPConn) Read(b []byte) (int, error)

TCPAddr类型表示一个TCP的地址信息:

type TCPAddr struct {
    IP IP
    Port int
    Zone string // IPv6 scoped addressing zone
}

在Go语言中通过ResolveTCPAddr获取一个TCPAddr


func ResolveTCPAddr(net, addr string) (*TCPAddr, os.Error)

// net参数是"tcp4"、"tcp6"、"tcp"中的任意一个,分别表示TCP(IPv4-only), TCP(IPv6-only)或者TCP(IPv4, IPv6的任意一个)。
// addr表示域名或者IP地址,例如"www.google.com:80" 或者"127.0.0.1:22"。

Go语言中通过net包中的DialTCP函数来建立一个TCP连接,并返回一个TCPConn类型的对象,当连接建立时服务器端也创建一个同类型的对象,此时客户端和服务器端通过各自拥有的TCPConn对象来进行数据交换。一般而言,客户端通过TCPConn对象将请求信息发送到服务器端,读取服务器端响应的信息。服务器端读取并解析来自客户端的请求,并返回应答信息,这个连接只有当任一端关闭了连接之后才失效,不然这连接可以一直在使用。建立连接的函数定义如下:

func DialTCP(network string, laddr, raddr *TCPAddr) (*TCPConn, error)

// network参数是"tcp4"、"tcp6"、"tcp"中的任意一个,分别表示TCP(IPv4-only)、TCP(IPv6-only)或者TCP(IPv4,IPv6的任意一个)
// laddr表示本机地址,一般设置为nil
// raddr表示远程的服务地址

TCP有很多连接控制函数,我们平常用到比较多的有如下几个函数:


func DialTimeout(net, addr string, timeout time.Duration) (Conn, error)

设置建立连接的超时时间,客户端和服务器端都适用,当超过设置时间时,连接自动关闭。


func (c *TCPConn) SetReadDeadline(t time.Time) error
func (c *TCPConn) SetWriteDeadline(t time.Time) error

用来设置写入/读取一个连接的超时时间。当超过设置时间时,连接自动关闭。


func (c *TCPConn) SetKeepAlive(keepalive bool) os.Error

设置keepAlive属性,是操作系统层在tcp上没有数据和ACK的时候,会间隔性的发送keepalive包,操作系统可以通过该包来判断一个tcp连接是否已经断开,在windows上默认2个小时没有收到数据和keepalive包的时候人为tcp连接已经断开,这个功能和我们通常在应用层加的心跳包的功能类似。