Golang网络编程Net包浅析

语言: CN / TW / HK

​最近做了一个项目,其中用到了网络编程,下面和大家分享下在Go中网络编程的实现。在Go中, 网络编程主要通过 net 包实现。支持 包括TCP/IP、UDP、域名解析和Unix域socket等连接,此外,还通过 net/http ,net/rpc 等提供了 HTTP,RPC等主流应用层的连接协议。

1.TCP 服务

TCP 是最常用的网络连接方式,以 TCP 连接为例,一个简单的 TCP 连接代码示例。Client:

package main

import (
 "bufio"
 "fmt"
 "os"
 "strings"
 "net"
)

func main() {
 conn, err := net.Dial("tcp", "tyun.cn:8088")
 if err != nil {
  //handle
 }
 defer conn.Close()
 inputReader := bufio.NewReader(os.Stdin)
 for{
  //读取输入
  readString,_ :=inputReader.ReadString('\n')
  trim := strings.Trim(readString,"\r\n")
  _,err :=conn.Write([]byte(trim))
  if err!=nil{
   return
  }
  buf := [512]byte{}
  n,err := conn.Read(buf[:])
  if err!=nil{
   return
  }
  fmt.Println(string(buf[:n]))
 }

}

Server:

package main

import (
 "bufio"
 "fmt"
 "net"
)

func main() {
 listen,err:= net.Listen("tcp",":8088")
 if err != nil{
  //handle
 }
 for {
  conn,err := listen.Accept()
  if err != nil{
   //handle
   continue
  }
  defer conn.Close()
  for {
   //处理
   reader := bufio.NewReader(conn)
   var buf [1024]byte
   read,err:= reader.Read(buf[:])
   if err != nil{
    //handle
   }
   recv := string(buf[:read])
   fmt.Println("GET MESSAGE: ",recv)
   conn.Write([]byte(recv))
  }
 }
}

2.TCP 连接在系统调用层面的实现

包括 TCP/IP 在内的各种网络连接,在类 unix 的操作系统里,都是通过网络系统调用实现的,使用系统调用创建 TCP 服务器的核心流程是:· 首先得能创建socket ,也就是得有个 create 的接口;

  • 首先得能创建socket ,也就是得有个 create 的接口;
  • 其次还得能绑定 ip 和端口号,也就是 bind,不然别人找不到你;
  • 有了这些还得有点东西,那就是别人怎么连接你。也就是要有个 connect 和 accept 的功能;
  • 再者还得实现读和写,也就是 read 和 write,因为我们要通过socket 通信,不能读不能写肯定不行;
  • 通信完毕后socket 要关闭;
  • 创建 socket 连接 s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  • 绑定 地址 bind(s, (struct sockaddr *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
  • 启动监听 listen(s,5);
  • 接收客户端的连接 ns= accept(s, (struct sockaddr *)&cli_addr, &clilen);
  • 接收数据 n = read( ns,buffer,255 );
  • 发送数据,n = write(ns,"hello world",11)。

创建 TCP 客户端的核心流程:

  • 创建 socket 连接 s= socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  • 连接服务器地址:connect(s, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
  • 接收数据 n = read( ns,buffer,255 );
  • 发送数据,n = write(ns,"hello world",11)。

​socket() 等系统调用的实现,是 kernel 层面完成的,而net包就是对这些底层的流程做了封装。

3、Go中TCP连接的实现

在客户端中,建立连接conn, err := net.Dial("tcp", "tyun.cn:8088")的底层源码实现方法是:

func (d *Dialer) DialContext(ctx context.Context, network, address string) (Conn, error)

这个方法解析完网络和地址后 ,主要有2种连接方式:

if len(fallbacks) > 0 {
  c, err = sd.dialParallel(ctx, primaries, fallbacks)
} else {
  c, err = sd.dialSerial(ctx, primaries)
}

而这两种连接方式的都是调用:

func (sd *sysDialer) dialSingle(ctx context.Context, ra Addr) (c Conn, err error)

sd.dialSingle又支持4种类型:

sd.dialTCP(ctx, la, ra)

sd.dialUDP(ctx, la, ra)

sd.dialIP(ctx, la, ra)

sd.dialUnix(ctx, la, ra)

接续往下追溯,就能看到其实调用的是socket函数,实现系统调用socket()。

如果多个 goroutine 对 conn 进行读写,就会有多重读,多重写两种情况,socket 是全双工,所以读写之间互不影响。多 goroutine 读的时候,其实没什么影响。因为读的话,不会重复读,多重读不会引发安全问题。

多 goroutine 写的时候,就有问题了。多个 goroutine 写不能每个写一半,必须保证每次写是原子操作,好在 Go内部实现写的时候加了锁。

TCP 连接建立后,每当客户端发来请求时,服务端会建立新的连接。

conn,err := listen.Accept()

这个方法同样往下追溯,能看到其实最底层的实现是系统调用syscall.Accept。

连接通信的过程中,如果某一方突然关闭,那另一方会有啥反应?在实践的过程中,总结如下:

当对端异常关闭,如果己方 socket 中有数据,那么己方是会继续读取;当 socket 中无数据时,己方 Read 函数返回 EOF;

当对端异常关闭,己方如果还在 socket 的缓冲中写入,那么本次写入成功,下次写入就报错;· 当己端关闭,读写均异常错误。

4、结语

以上就是关于Go网络编程的一些分享,虽然net包提供了对网络原语的访问,但大多数使用者只需要Dial、Listen和Accpet函数的基本接口;以及Conn和Listener接口。net包主要是增加 context 控制,封装了一些不同的连接类型以及DNS 查找等等,同时在有需要的地方引入 goroutine 提高处理效率。