今天来介绍一个socket连接复用的包
https://github.com/xtaci/smux
如图所示，多个channel输入通过smux合并在一个连接中，后端服务将连接中的channel分离出来进行处理
smux.jpg
场景分析
假设一个简单的使用场景，一个apiservice网关服务对外提供HTTP接口，后面还有一个rand随机数服务，对内提供随机数TCP接口。
客户端访问apiservice接口，apiservice连接randservice服务获取数据并返回。如果不做多路复用的话，apiservice和randservice之间的连接数就是客户端请求数，这样apiservice和randservice之间连接过多会导致性能问题。
n link n link
+-----------+ +-------------+ +---------------+
| <----------> <-----------> |
| client <----------> apiservice <-----------> randservice |
| <----------> <-----------> |
+-----------+ +-------------+ +---------------+
经过多路复用后，apiservice和randservice之间只有一个连接，这样无论多少个客户端请求都不会导致连接过多问题。
n link 1 link
+-----------+ +-------------+ +---------------+
| <----------> | | |
| client <----------> apiservice <-----------> randservice |
| <----------> | | |
+-----------+ +-------------+ +---------------+
（当然这只是个示例场景而已，生产中apiservice和randservice之间使用RPC框架即可，不用我们手动写socket通信）
代码示例
1.随机数服务 randservice.go
package main
import (
"bytes"
"encoding/binary"
"fmt"
"github.com/rs/zerolog"
"github.com/rs/zerolog/log"
"github.com/xtaci/smux"
"math/rand"
"net"
"runtime"
"time"
)
func init() {
rand.Seed(time.Now().UnixNano())
}
/**
一个生成随机数的tcp服务
客户端发送'R', 'A', 'N', 'D'，服务返回一个随机数
*/
func main() {
listener, err := net.Listen("tcp", ":9000")
if err != nil {
panic(err)
}
log.Info().Msg("随机数服务启动，监听9000端口")
defer listener.Close()
for {
conn, err := listener.Accept()
if err != nil {
fmt.Println(err.Error())
continue
}
go SessionHandler(conn)
}
}
/**
处理会话
每个tcp连接生成一个会话session
*/
func SessionHandler(conn net.Conn) {
session, err := smux.Server(conn, nil)
if err != nil {
panic(err)
}
log.Info().Msgf("收到客户端连接，创建新会话，对端地址：%s", session.RemoteAddr().String())
for !session.IsClosed() {
stream, err := session.AcceptStream()
if err != nil {
fmt.Println(err.Error())
break
}
go StreamHandler(stream)
}
log.Info().Msgf("客户端连接断开，销毁会话，对端地址：%s", session.RemoteAddr().String())
}
/**
流数据处理
*/
func StreamHandler(stream *smux.Stream) {
buffer := make([]byte, 1024)
n, err := stream.Read(buffer)
if err != nil {
log.Error().Msgf("流id：%d，异常信息：%s", stream.ID(), err.Error())
stream.Close()
return
}
cmd := buffer[:n]
if bytes.Equal(cmd, []byte{'R', 'A', 'N', 'D'}) {
rand := rand.Uint64()
response := make([]byte, 8)
binary.BigEndian.PutUint64(response, rand)
stream.Write(response)
log.Debug().Msgf("收到客户端数据，流id：%d，随机数：%d， 响应数据：%v", stream.ID(), rand, response)
} else {
log.Warn().Msgf("收到未知请求命令，流id：%d，请求命令：%v", stream.ID(), cmd)
}
}
2.api接口服务 apiservice.go
package main
import (
"encoding/binary"
"fmt"
"github.com/rs/zerolog"
"github.com/rs/zerolog/log"
"github.com/xtaci/smux"
"net"
"net/http"
"runtime"
)
/**
随机数服务客户端连接
*/
var randClient *smux.Session
func init() {
//连接后端随机数服务
conn, err := net.Dial("tcp", ":9000")
if err != nil {
log.Warn().Msg("随机数服务未启动")
panic(err)
}
session, err := smux.Client(conn, nil)
if err != nil {
log.Error().Msg("打开会话失败")
panic(err)
}
randClient = session
}
/**
一个api网关，对外提供api接口
调用随机数服务来获取随机数
*/
func main() {
defer randClient.Close()
http.HandleFunc("/rand", RandHandler)
http.ListenAndServe(":8080", nil)
}
/**
随机数接口
*/
func RandHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
stream, err := randClient.OpenStream()
if err != nil {
w.WriteHeader(500)
fmt.Fprint(w, err.Error())
} else {
log.Debug().Msgf("收到请求，打开流成功，流id：%d", stream.ID())
defer stream.Close()
stream.Write([]byte{'R', 'A', 'N', 'D'})
buffer := make([]byte, 1024)
n, err := stream.Read(buffer)
if err != nil {
w.WriteHeader(500)
fmt.Fprint(w, err.Error())
} else {
response := buffer[:n]
var rand = binary.BigEndian.Uint64(response)
log.Debug().Msgf("收到服务端数据，流id：%d，随机数：%d， 响应数据：%v", stream.ID(), rand, response)
fmt.Fprintf(w, "%d", rand)
}
}
}
原理分析
smux将socket连接封装成session，每次请求响应封装成一个stream，通过自定义协议发送数据
VERSION(1B) | CMD(1B) | LENGTH(2B) | STREAMID(4B) | DATA(LENGTH)
VALUES FOR LATEST VERSION:
VERSION:
1/2
CMD:
cmdSYN(0)
cmdFIN(1)
cmdPSH(2)
cmdNOP(3)
cmdUPD(4) // only supported on version 2
STREAMID:
client use odd numbers starts from 1
server use even numbers starts from 0
cmdUPD:
| CONSUMED(4B) | WINDOW(4B) |
比如我们发送的RAND命令封装成以下数据包发送给服务端，假设请求的STREAMID为11223344
VERSION(1B) | CMD(1B) | LENGTH(2B) | 11223344 | RAND
VERSION(1B) | CMD(1B) | LENGTH(2B) | 11223344 | 0102030405060708
扩展优化
但是这样又导致了另一个问题，由于apiservice和randservice之间只有一个连接，而这一个连接只能由一个goroutine处理，这样就导致性能低下
所以进一步扩展apiservice和randservice之间建立固定数量的连接，如10个连接，用来处理所有的请求，就是通过连接池的方式来性能最大化
改造后的示意图如下：
n link 10 link
+-----------+ +-------------+ +---------------+
| <----------> <-----------> |
| client <----------> apiservice <-----------> randservice |
| <----------> <-----------> |
+-----------+ +-------------+ +---------------+
连接池版代码 apiservicewithpool.go
package main
import (
"context"
"encoding/binary"
"fmt"
cpool "github.com/jolestar/go-commons-pool/v2"
"github.com/rs/zerolog"
"github.com/rs/zerolog/log"
"github.com/xtaci/smux"
"net"
"net/http"
"runtime"
)
var commonPool *cpool.ObjectPool
var ctx = context.Background()
func init() {
factory := cpool.NewPooledObjectFactorySimple(NewSessionCpool)
commonPool = cpool.NewObjectPoolWithDefaultConfig(ctx, factory)
commonPool.Config.MaxTotal = 10
}
/**
连接池生成新会话函数
*/
func NewSessionCpool(ctx context.Context) (interface{}, error) {
log.Debug().Msg("连接池中生成一个连接")
//连接后端随机数服务
conn, err := net.Dial("tcp", ":9000")
if err != nil {
log.Warn().Msg("随机数服务未启动")
panic(err)
}
//随机数服务客户端连接
session, err := smux.Client(conn, nil)
if err != nil {
log.Error().Msg("打开会话失败")
panic(err)
}
return session, err
}
/**
一个api网关，对外提供api接口
调用随机数服务来获取随机数
通过sync.Pool实现“连接池” ！！！ 不推荐这种方式，sync.Pool的种种特性不适合作为连接池
*/
func main() {
http.HandleFunc("/rand", CommonPoolRandHandler)
http.ListenAndServe(":8080", nil)
}
/**
随机数接口
*/
func CommonPoolRandHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
obj, err := commonPool.BorrowObject(ctx)
if err != nil {
w.WriteHeader(500)
fmt.Fprint(w, err.Error())
return
}
client := obj.(*smux.Session)
stream, err := client.OpenStream()
if err != nil {
w.WriteHeader(500)
fmt.Fprint(w, err.Error())
} else {
log.Debug().Msgf("收到请求，打开流成功，流id：%d", stream.ID())
defer stream.Close()
stream.Write([]byte{'R', 'A', 'N', 'D'})
buffer := make([]byte, 1024)
n, err := stream.Read(buffer)
if err != nil {
w.WriteHeader(500)
fmt.Fprint(w, err.Error())
} else {
response := buffer[:n]
var rand = binary.BigEndian.Uint64(response)
log.Debug().Msgf("收到服务端数据，流id：%d，随机数：%d， 响应数据：%v", stream.ID(), rand, response)
fmt.Fprintf(w, "%d", rand)
}
}
commonPool.ReturnObject(ctx, obj)
}
经过连接池改造后的模型就像MySQL或Redis的使用场景，每次请求相当于一个stream，多个stream共用一个session，一个session背后有一个socket连接，程序和MySQL或Redis之间创建多个session放入连接池中，每次请求从连接池中拿出session进行读写操作
有疑问加站长微信联系（非本文作者）
