GO语言网络编程

Wesley13
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socket编程

Socket是BSD UNIX的进程通信机制，通常也称作”套接字”，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄。Socket可以理解为TCP/IP网络的API，它定义了许多函数或例程，程序员可以用它们来开发TCP/IP网络上的应用程序。电脑上运行的应用程序通常通过”套接字”向网络发出请求或者应答网络请求。
Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket后面，对用户来说只需要调用Socket规定的相关函数，让Socket去组织符合指定的协议数据然后进行通信。

GO语言实现TCP通信

TCP协议

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol) 即传输控制协议/网间协议，是一种面向连接（连接导向）的、可靠的、基于字节流的传输层（Transport layer）通信协议，因为是面向连接的协议，数据像水流一样传输，会存在黏包问题。

TCP服务端

一个TCP服务端可以同时连接很多个客户端，Go语言中创建多个goroutine实现并发非常方便和高效，所以可以每建立一次链接就创建一个goroutine去处理。
TCP服务端程序的处理流程：

  • 监听端口

  • 接收客户端请求建立链接

  • 创建goroutine处理链接
    TCP服务端：

    //TCP server端

    func process(conn net.Conn) { defer conn.Close() //关闭连接 for { reader := bufio.NewReader(conn) var buf [128]byte n,err := reader.Read(buf[:]) //读取数据 if err != nil{ fmt.Println("连接客户端失败,错误信息：",err) } recvStr := string(buf[:n]) fmt.Println("收到客户端信息：",recvStr) conn.Write([]byte(recvStr)) //发送数据 } } func main() { listen,err := net.Listen("tcp","127.0.0.1:8888") if err != nil{ fmt.Println("监听失败，错误：",err) return } for { conn,err := listen.Accept() //建立连接 if err!= nil{ fmt.Println("建立连接失败，错误：",err) continue } go process(conn) //启动一个goroutine处理连接 } }

TCP客户端

一个TCP客户端进行TCP通信的流程如下：

  • 建立与服务端的链接
  • 进行数据收发
  • 关闭链接

TCP客户端：

//客户端

func main()  {
    conn ,err := net.Dial("tcp","127.0.0.1:8888")
    if err != nil {
        fmt.Println("连接失败，错误：",err)
        return
    }
    defer conn.Close()
    inputReader := bufio.NewReader(os.Stdout)
    for {
        input, _ := inputReader.ReadString('\n')    //读取用户输入
        inputInfo := strings.Trim(input,"\r\n")
        if strings.ToUpper(inputInfo) == "q"{
            return  //如果输入q就退出
        }
        _,err = conn.Write([]byte(inputInfo))   //发送数据
        if err != nil{
            return 
        }
        buf := [512]byte{}
        n,err := conn.Read(buf[:])
        if err != nil{
            fmt.Println("接受失败，错误：",err)
            return 
        }
        fmt.Println(string(buf[:n]))
    }
}

先启动server，后启动client:

$go run main.go
我是客户端
我是客户端
$go run main.go
收到客户端信息： 我是客户端

GO语言实现UDP通信

UDp协议

UDP协议（User Datagram Protocol）中文名称是用户数据报协议，是OSI（Open System Interconnection，开放式系统互联）参考模型中一种无连接的传输层协议，不需要建立连接就能直接进行数据发送和接收，属于不可靠的、没有时序的通信，但是UDP协议的实时性比较好，通常用于视频直播相关领域。

UDP服务端

//服务端
func main()  {
    listen,err := net.ListenUDP("udp",&net.UDPAddr{
        IP:net.IPv4(0,0,0,0),
        Port:8888,
    })
    if err != nil{
        fmt.Println("监听失败，错误：",err)
        return
    }
    defer listen.Close()
    for {
        var data [1024]byte
        n,addr,err := listen.ReadFromUDP(data[:])
        if err != nil{
            fmt.Println("接收udp数据失败，错误：",err)
            continue
        }
        fmt.Printf("data:%v addr:%v count:%v\n", string(data[:n]), addr, n)
        _ ,err = listen.WriteToUDP(data[:n],addr)   //发送数据
        if err != nil{
            fmt.Println("发送数据失败，错误：",err)
            continue
        }
    }
}

UDP客户端

//客户端
func main()  {
    socket,err := net.DialUDP("udp",nil,&net.UDPAddr{
        IP:net.IPv4(0,0,0,0),
        Port:8888,
    })
    if err != nil{
        fmt.Println("连接服务器失败，错误：",err)
        return
    }
    defer socket.Close()
    sendData := []byte("hello world!")
    _,err = socket.Write(sendData)
    if err != nil{
        fmt.Println("发送数据失败，错误：",err)
        return
    }
    data := make([]byte,4096)
    n,remoteAddr,err := socket.ReadFromUDP(data)
    if err != nil{
        fmt.Println("接受数据失败，错误：",err)
        return
    }
    fmt.Printf("recv:%v addr:%v count:%v\n", string(data[:n]), remoteAddr, n)
}

先启动server，后启动client：

$go run main.go
recv:hello world! addr:127.0.0.1:8888 count:12
$go run main.go
data:hello world! addr:127.0.0.1:51222 count:12

HTTP客户端和服务端

HTTP协议

超文本传输协议（HTTP，HyperText Transfer Protocol)是互联网上应用最为广泛的一种网络传输协议，所有的WWW文件都必须遵守这个标准。设计HTTP最初的目的是为了提供一种发布和接收HTML页面的方法。

HTTP服务端

net/http包是对net包的进一步封装，专门用来处理HTTP协议的数据。

// http server
func sayHi(w http.ResponseWriter,r *http.Request)  {
    fmt.Fprintln(w,"你好，ares！")
}
func main()  {
    http.HandleFunc("/",sayHi)
    err := http.ListenAndServe(":8888",nil)
    if err != nil{
        fmt.Println("Http 服务建立失败，err：",err)
        return
    }
}

GO语言网络编程 

HTTP客户端

func main() {
    resp, err := http.Get("https://www.baidu.com/")
    if err != nil {
        fmt.Println("get failed, err:", err)
        return
    }
    defer resp.Body.Close()
    body, err := ioutil.ReadAll(resp.Body)
    fmt.Printf("%T\n",body)
    fmt.Println(string(body))
}

执行之后就能在终端输出www.baidu.com网站首页的内容了。

TCP粘包

粘包服务端

//粘包
func process(conn net.Conn)  {
    defer conn.Close()
    reader := bufio.NewReader(conn)
    var buf [1024]byte
    for {
        n,err := reader.Read(buf[:])
        if err == io.EOF{
            break
        }
        if err != nil{
            fmt.Println("读取客户端失败,err",err)
            break
        }
        recvStr := string(buf[:n])
        fmt.Println("收到client发来的数据：",recvStr)
    }
}
func main()  {
    listen,err := net.Listen("tcp","127.0.0.1:8888")
    if err != nil{
        fmt.Println("监听失败,err",err)
        return
    }
    defer listen.Close()
    for {
        conn,err := listen.Accept()
        if err != nil{
            fmt.Println("接受失败,err",err)
            continue
        }
        go process(conn)
    }
}

粘包客户端

func main()  {
    conn,err := net.Dial("tcp","127.0.0.1:8888")
    if err != nil{
        fmt.Println("连接失败,err",err)
        return
    }
    defer conn.Close()
    for i:=0;i<20;i++{
        msg := "Ares is a bird!"
        conn.Write([]byte(msg))
    }
}

先启动服务端再启动客户端，可以看到服务端输出结果如下：

$go run main.go
收到client发来的数据： Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!
收到client发来的数据： Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!

客户端分10次发送的数据，在服务端并没有成功的输出10次，而是多条数据“粘”到了一起。

TCP为什么会出现粘包

在socket网络程序中，TCP和UDP分别是面向连接和非面向连接的。因此TCP的socket编程，收发两端（客户端和服务器端）都要有成对的socket，因此，发送端为了将多个发往接收端的包，更有效的发到对方，使用了优化方法（Nagle算法），将多次间隔较小、数据量小的数据，合并成一个大的数据块，然后进行封包。这样，接收端，就难于分辨出来了，必须提供科学的拆包机制。

对于UDP，不会使用块的合并优化算法，这样，实际上目前认为，是由于UDP支持的是一对多的模式，所以接收端的skbuff(套接字缓冲区）采用了链式结构来记录每一个到达的UDP包，在每个UDP包中就有了消息头（消息来源地址，端口等信息），这样，对于接收端来说，就容易进行区分处理了。所以UDP不会出现粘包问题。

粘包产生原因

1发送端需要等缓冲区满才发送出去，造成粘包
2接收方不及时接收缓冲区的包，造成多个包接收
具体点：
（1）发送方引起的粘包是由TCP协议本身造成的，TCP为提高传输效率，发送方往往要收集到足够多的数据后才发送一包数据。若连续几次发送的数据都很少，通常TCP会根据优化算法把这些数据合成一包后一次发送出去，这样接收方就收到了粘包数据。

（2）接收方引起的粘包是由于接收方用户进程不及时接收数据，从而导致粘包现象。这是因为接收方先把收到的数据放在系统接收缓冲区，用户进程从该缓冲区取数据，若下一包数据到达时前一包数据尚未被用户进程取走，则下一包数据放到系统接收缓冲区时就接到前一包数据之后，而用户进程根据预先设定的缓冲区大小从系统接收缓冲区取数据，这样就一次取到了多包数据。
参考：TCP通信粘包问题分析和解决

解决办法

出现”粘包”的关键在于接收方不确定将要传输的数据包的大小，因此我们可以对数据包进行封包和拆包的操作。
自定义一个协议，比如数据包的前4个字节为包头，里面存储的是发送的数据的长度。

// Encode 将消息编码
func Encode(message string)([]byte ,error)  {
    // 读取消息的长度，转换成int32类型（占4个字节）
    var length = int32(len(message))
    var pkg = new(bytes.Buffer)
    //写入消息头
    err := binary.Write(pkg,binary.LittleEndian,length)
    if err != nil{
        return nil,err
    }
    //写入消息实体
    err = binary.Write(pkg,binary.LittleEndian,[]byte(message))
    if err != nil{
        return nil,err
    }
    return pkg.Bytes(),nil
}

// Decode 消息解码
func Decode(reader *bufio.Reader)(string,error)  {
    //读取消息长度
    lengthByte,_ := reader.Peek(4) //读取前4个字节数据
    lengthBuff := bytes.NewBuffer(lengthByte)
    var length int32
    err := binary.Read(lengthBuff,binary.LittleEndian,&length)
    if err != nil{
        return "",err
    }
    // Buffered返回缓冲中现有的可读取的字节数。
    if int32(reader.Buffered()) < length+4{
        return "",err
    }
    //读取真正的消息数据
    pack := make([]byte,int(4+length))
    _,err = reader.Read(pack)
    if err != nil{
        return "",err
    }
    return string(pack[4:]),nil
}

server端：

func process(conn net.Conn)  {
    defer conn.Close()
    reader := bufio.NewReader(conn)
    for {
        msg,err := proto.Decode(reader)
        if err == io.EOF{
            return
        }
        if err != nil{
            fmt.Println("decode 失败,err",err)
            return
        }
        fmt.Println("收到client数据:",msg)
    }
}
func main()  {
    listen,err := net.Listen("tcp","127.0.0.1:8888")
    if err != nil{
        fmt.Println("监听失败,err",err)
        return
    }
    defer listen.Close()
    for {
        conn,err := listen.Accept()
        if err != nil{
            fmt.Println("接受失败,err",err)
            continue
        }
        go process(conn)
    }
}

client端:

func main()  {
    conn,err := net.Dial("tcp","127.0.0.1:8888")
    if err != nil{
        fmt.Println("dial失败，err",err)
        return
    }
    defer conn.Close()
    for i:=0;i<20;i++{
        msg := "Hello Ares!"
        data,err := proto.Encode(msg)
        if err != nil{
            fmt.Println("encode失败，err",err)
            return
        }
        conn.Write(data)
    }
}

先启动服务端再启动客户端，可以看到服务端输出结果如下：

go run main.go
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
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