golang Socket编程

Socket基础知识

通过上面的介绍我们知道Socket有两种：TCP Socket和UDP Socket，TCP和UDP

通过上面的介绍我们知道Socket有两种：TCP Socket和UDP Socket，TCP和UDP是协议，而要确定一个进程的需要三元组，需要IP地址和端口。

IPv4地址

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IP协议的版本号是4(简称为IPv4)，发展至今已经使用了30多年。

IPv4的地址位数为32位，也就是最多有2的32次方的电脑可以联到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位址的发放愈趋严格，目前基本上IPv4的地址很少了，我们公司目前很多服务器的IP都是一个宝贵的资源。

地址格式类似这样：127.0.0.1 172.122.121.111

IPv6地址

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，它的提出最初是因为随着互联网的迅速发展，IPv4定义的有限地址空间将被耗尽，地址空间的不足必将妨碍互联网的进一步发展。为了扩大地址空间，拟通过IPv6重新定义地址空间。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：2002:c0e8:82e7:0:0:0:c0e8:82e7

Go支持的IP类型

在Go的net包中定义了很多类型、函数和方法用来网络编程，其中IP的定义如下：

type IP []byte

在net包中有很多函数来操作IP，但是其中比较有用的也就几个，其中ParseIP(s string) IP函数会把一个IPv4或者IPv6的地址转化成IP类型，请看下面的例子:

package main
import (
    "net"
    "os"
    "fmt"
)
func main() {
    if len(os.Args) != 2 {
        fmt.Fprintf(os.Stderr, "Usage: %s ip-addr\n", os.Args[0])
        os.Exit(1)
    }
    name := os.Args[1]
    addr := net.ParseIP(name)
    if addr == nil {
        fmt.Println("Invalid address")
    } else {
        fmt.Println("The address is ", addr.String())
    }
    os.Exit(0)
}

执行之后你就会发现只要你输入一个IP地址就会给出相应的IP格式

TCP Socket

当我们知道如何通过网络端口访问到一个服务时，那么我们能够做什么呢？其实作为客户端来说，我们可以通过网络端口发送一个请求，然后得到服务器端反馈的信息。作为服务端，我们需要把我们的服务绑定到端口，并且在相应的端口上监听，当有客户端来访问时能够读取信息并且写入反馈信息。

在Go语言的net包中有一个类型TCPConn，这个类型可以用来作为客户端和服务器端交互的通道，他有两个主要的函数：

func (c *TCPConn) Write(b []byte) (n int, err os.Error)
func (c *TCPConn) Read(b []byte) (n int, err os.Error)

TCPConn可以用在客户端和服务器端来读写数据。

还有我们需要知道一个TCPAddr类型，他表示一个TCP的地址信息，他的定义如下：

type TCPAddr struct {
    IP IP
    Port int
}

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TCPv4、TCPv6或者任意
• addr表示域名或者IP地址，例如"www.google.com:80" 或者"127.0.0.1:22".
  

TCP client

Go语言中通过net包中的DialTCP函数建议一个TCP连接，返回一个TCPConn类型，客户端和服务器段通过这个类型来进行数据交换。一般而言，客户端通过TCPConn写入请求信息发送到服务器端，读取服务器端反馈的信息。这个链接只有当任意一遍关闭了连接之后才失效，不然我们都可以一直使用。函数的定义如下：

func DialTCP(net string, laddr, raddr *TCPAddr) (c *TCPConn, err os.Error)

• net参数是"tcp4"、"tcp6"、"tcp"中的任意一个，分别表示TCPv4、TCPv6或者任意
• laddr表示本机地址，一般设置为nil
• raddr表示远程的服务地址

接下来我们举一个简单的例子，模拟一个客户端去连接一个Web服务,基于HTTP协议的请求。我们发送一个简单的http请求头，类似如下代码：

"HEAD / HTTP/1.0\r\n\r\n"

我们可能收到的反馈信息如下：

HTTP/1.0 200 OK
ETag: "-9985996"
Last-Modified: Thu, 25 Mar 2010 17:51:10 GMT
Content-Length: 18074
Connection: close
Date: Sat, 28 Aug 2010 00:43:48 GMT
Server: lighttpd/1.4.23

我们的客户端代码如下所示：

package main

import (
    "fmt"
    "io/ioutil"
    "net"
    "os"
)

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]
    tcpAddr, err := net.ResolveTCPAddr("tcp4", service)
    checkError(err)
    conn, err := net.DialTCP("tcp", nil, tcpAddr)
    checkError(err)
    _, err = conn.Write([]byte("HEAD / HTTP/1.0\r\n\r\n"))
    checkError(err)
    result, err := ioutil.ReadAll(conn)
    checkError(err)
    fmt.Println(string(result))
    os.Exit(0)
}
func checkError(err os.Error) {
    if err != nil {
        fmt.Fprintf(os.Stderr, "Fatal error: %s", err.String())
        os.Exit(1)
    }
}

通过上面的代码我们可以看出首先我们根据用户的输入通过net.ResolveTCPAddr获取了一个tcpaddr,然后DialTCP获取了一个TCP链接，然后发送请求信息，最后通过ioutil.ReadAll读取全部的服务器反馈信息。

TCP server

上面我们建立了一个TCP的客户端，那么我们也可以通过net包来建立一个服务器端，我们知道服务器端我们需要绑定服务到对应的端口，然后监听端口，当有客户端请求到达的时候接收客户端连接。net包中有相应的函数，函数定义如下：

func ListenTCP(net string, laddr *TCPAddr) (l *TCPListener, err os.Error)
func (l *TCPListener) Accept() (c Conn, err os.Error)

参数说明同DialTCP的参数一样。下面我们实现了一个简单的时间同步服务，监听在7777端口

package main

import (
    "fmt"
    "net"
    "os"
    "time"
)

func main() {
    service := ":7777"
    tcpAddr, err := net.ResolveTCPAddr("ip4", service)
    checkError(err)
    listener, err := net.ListenTCP("tcp", tcpAddr)
    checkError(err)
    for {
        conn, err := listener.Accept()
        if err != nil {
            continue
        }
        daytime := time.LocalTime().String()
        conn.Write([]byte(daytime)) // don't care about return value
        conn.Close()                // we're finished with this client
    }
}
func checkError(err os.Error) {
    if err != nil {
        fmt.Fprintf(os.Stderr, "Fatal error: %s", err.String())
        os.Exit(1)
    }
}

上面的服务我们跑起来之后，他将会一直在那边等待，直到有新的客户端到达，当有新的客户端到达的时候他反馈当前的时间信息。同时我们注意看循环那里，当有错误发生时，直接continue了，而不是退出，因为在我们编写服务器端的时候，当有错误发生的情况下最好是记录错误，然后当前客户端出错直接退出，而不会影响到当前整个的服务。

当上面的代码执行的时候是单任务的，不能同时接收多个请求，那么我们如何改造一下就可以实现多并发呢？Go里面有一个goroutine机制，请看下面改造之后的代码

package main

import (
    "fmt"
    "net"
    "os"
    "time"
)

func main() {
    service := ":1200"
    tcpAddr, err := net.ResolveTCPAddr("ip4", service)
    checkError(err)
    listener, err := net.ListenTCP("tcp", tcpAddr)
    checkError(err)
    for {
        conn, err := listener.Accept()
        if err != nil {
            continue
        }
        go handlerClient(conn)
    }
}

func handleClient(conn net.Conn) {
    defer conn.Close()
    daytime := time.LocalTime().String()
    conn.Write([]byte(daytime)) // don't care about return value
    // we're finished with this client
}
func checkError(err os.Error) {
    if err != nil {
        fmt.Fprintf(os.Stderr, "Fatal error: %s", err.String())
        os.Exit(1)
    }
}

通过把业务独立到handleClient，我们就可以实现多并发执行了。看上去是不是很帅，简答的一行代码就实现了多并发的功能，这个也是Go吸引人的一个地方。

控制TCP连接

TCP连接有很多控制函数，我们平常用到比较多的有如下几个函数：

func (c *TCPConn) SetTimeout(nsec int64) os.Error
func (c *TCPConn) SetKeepAlive(keepalive bool) os.Error

第一个函数用来设置超时时间，客户端和服务器端都适用，当超过设置的时间时那么该链接就失效。

第二个函数用来设置客户端是否和服务器端一直保持着连接，即使没有任何的数据发送

更多的内容请查看net包的文档。

UDP Socket

Go语言包中处理UDP Socket和TCP Socket不同的地方就是在处理服务器端的时候，当有多个客户端请求来临的时候如何处理数据包。其他基本都是一模一样，只有TCP换成了UDP而已。他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,我们可以看到唯一不同的就是TCP换成了UDP而已：

package main

import (
    "fmt"
    "net"
    "os"
)

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 os.Error) {
    if err != nil {
        fmt.Fprintf(os.Stderr, "Fatal error ", err.String())
        os.Exit(1)
    }
}

我们来看一下UDP的服务器端如何来处理：

package main

import (
    "fmt"
    "net"
    "os"
    "time"
)

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.LocalTime().String()
    conn.WriteToUDP([]byte(daytime), addr)
}
func checkError(err os.Error) {
    if err != nil {
        fmt.Fprintf(os.Stderr, "Fatal error ", err.String())
        os.Exit(1)
    }
}

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