Golang網路程式設計Net包淺析

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​最近做了一個專案,其中用到了網路程式設計,下面和大家分享下在Go中網路程式設計的實現。在Go中, 網路程式設計主要通過 net 包實現。支援 包括TCP/IP、UDP、域名解析和Unix域socket等連線,此外,還通過 net/http ,net/rpc 等提供了 HTTP,RPC等主流應用層的連線協議。

1.TCP 服務

TCP 是最常用的網路連線方式,以 TCP 連線為例,一個簡單的 TCP 連線程式碼示例。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{
  //讀取輸入
  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 {
   //處理
   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 連線在系統呼叫層面的實現

包括 TCP/IP 在內的各種網路連線,在類 unix 的作業系統裡,都是通過網路系統呼叫實現的,使用系統呼叫建立 TCP 伺服器的核心流程是:· 首先得能建立socket ,也就是得有個 create 的介面;

  • 首先得能建立socket ,也就是得有個 create 的介面;
  • 其次還得能繫結 ip 和埠號,也就是 bind,不然別人找不到你;
  • 有了這些還得有點東西,那就是別人怎麼連線你。也就是要有個 connect 和 accept 的功能;
  • 再者還得實現讀和寫,也就是 read 和 write,因為我們要通過socket 通訊,不能讀不能寫肯定不行;
  • 通訊完畢後socket 要關閉;
  • 建立 socket 連線 s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  • 繫結 地址 bind(s, (struct sockaddr *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
  • 啟動監聽 listen(s,5);
  • 接收客戶端的連線 ns= accept(s, (struct sockaddr *)&cli_addr, &clilen);
  • 接收資料 n = read( ns,buffer,255 );
  • 傳送資料,n = write(ns,"hello world",11)。

建立 TCP 客戶端的核心流程:

  • 建立 socket 連線 s= socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  • 連線伺服器地址:connect(s, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
  • 接收資料 n = read( ns,buffer,255 );
  • 傳送資料,n = write(ns,"hello world",11)。

​socket() 等系統呼叫的實現,是 kernel 層面完成的,而net包就是對這些底層的流程做了封裝。

3、Go中TCP連線的實現

在客戶端中,建立連線conn, err := net.Dial("tcp", "tyun.cn:8088")的底層原始碼實現方法是:

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

這個方法解析完網路和地址後 ,主要有2種連線方式:

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

而這兩種連線方式的都是呼叫:

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

sd.dialSingle又支援4種類型:

sd.dialTCP(ctx, la, ra)

sd.dialUDP(ctx, la, ra)

sd.dialIP(ctx, la, ra)

sd.dialUnix(ctx, la, ra)

接續往下追溯,就能看到其實呼叫的是socket函式,實現系統呼叫socket()。

如果多個 goroutine 對 conn 進行讀寫,就會有多重讀,多重寫兩種情況,socket 是全雙工,所以讀寫之間互不影響。多 goroutine 讀的時候,其實沒什麼影響。因為讀的話,不會重複讀,多重讀不會引發安全問題。

多 goroutine 寫的時候,就有問題了。多個 goroutine 寫不能每個寫一半,必須保證每次寫是原子操作,好在 Go內部實現寫的時候加了鎖。

TCP 連線建立後,每當客戶端發來請求時,服務端會建立新的連線。

conn,err := listen.Accept()

這個方法同樣往下追溯,能看到其實最底層的實現是系統呼叫syscall.Accept。

連線通訊的過程中,如果某一方突然關閉,那另一方會有啥反應?在實踐的過程中,總結如下:

當對端異常關閉,如果己方 socket 中有資料,那麼己方是會繼續讀取;當 socket 中無資料時,己方 Read 函式返回 EOF;

當對端異常關閉,己方如果還在 socket 的緩衝中寫入,那麼本次寫入成功,下次寫入就報錯;· 當己端關閉,讀寫均異常錯誤。

4、結語

以上就是關於Go網路程式設計的一些分享,雖然net包提供了對網路原語的訪問,但大多數使用者只需要Dial、Listen和Accpet函式的基本介面;以及Conn和Listener介面。net包主要是增加 context 控制,封裝了一些不同的連線型別以及DNS 查詢等等,同時在有需要的地方引入 goroutine 提高處理效率。