Socket

Socket是网络编程的一个抽象概念，通常我们用一个 Socket 表示 “打开了一个网络连接”，在 Go 中主要使用 net 包。

使用 net 的 func Dial(network, address string) (Conn, error) 函数就可轻松建立一个 Socket 连接。Socket 创建成功后，我们可以对其进行 I/O 操作，最后不要记得对其进行关闭操作。

本章将从 TCP， UDP， Unix 入手，带领大家全面了解 Socket 在 Go 中的应用。

基本知识

Socket 连接又分为客户端和服务端，如图：

https://oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/codingsky/codebook/gobasic/ch10/socket.png

核心步骤包括：

  • 创建连接:
Dial(network, address string) (Conn, error)

注意, 这里的 network 可以为:

"tcp", "tcp4", "tcp6"
"udp", "udp4", "udp6"
"ip", "ip4", "ip6"
"unix", "unixgram", "unixpacket"
  • 通过连接发送数据:
conn.Write([]byte("GET / HTTP/1.0\r\n\r\n"))
  • 通过连接读取数据：
buf := make([]byte, 256)
conn.Read(buf)
  • 关闭连接：
conn.Close()

注意： conn 是一个 IO 对象，我们主要使用 IO 相关的帮助方法来进行读写操作。

实际例子之 google 首页访问

package main

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

func main() {
    // 尝试与 google.com:80 建立 tcp 连接
    conn, err := net.Dial("tcp", "google.com:80")
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }

    defer conn.Close() // 退出关闭连接

    // 通过连接发送 GET 请求，访问首页
    _, err = fmt.Fprintf(conn, "GET / HTTP/1.0\r\n\r\n")
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }

    dat, err := ioutil.ReadAll(conn)
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }

    fmt.Println(string(dat))
}

当运行代码，可以得到 google.com 的首页内容，如下：

HTTP/1.0 200 OK
Date: Tue, 05 Jun 2018 14:45:30 GMT
Expires: -1
Cache-Control: private, max-age=0
Content-Type: text/html; charset=ISO-8859-1
P3P: CP="This is not a P3P policy! See g.co/p3phelp for more info."
Server: gws
X-XSS-Protection: 1; mode=block
X-Frame-Options: SAMEORIGIN
Set-Cookie: 1P_JAR=2018-06-05-14; expires=Thu, 05-Jul-2018 14:45:30 GMT; path=/; domain=.google.com
Set-Cookie: NID=131=mqkJocXSsDCD6zdcMyc12DCUqt3X19HIoS0HGTsAzsiuvFx56rBsliga5Uj22QyA8p2IZ6E7lkMGzchqam0RQ58PT6WV5Csllv80MO0uauY9P-FvzCLdYYY9tT0KYtVv; expires=Wed, 05-Dec-2018 14:45:30 GMT; path=/; domain=.google.com; HttpOnly
Accept-Ranges: none
Vary: Accept-Encoding
....

说明：google.com 网站后端是一个 HTTP server, 因为 HTTP 建立在 TCP 协议基础上，所以我们这里可以使用 TCP 协议来进行访问。

TCP 操作

在这个例子中，我们先使用 net 包创建一个 TCP Server ，然后尝试连接 Server, 最后再通过客户端发送 hello 到 Server，同时 Server 响应 word。

我们来看完整例子：

  • server/main.go
package main

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

func main() {
    l, err := net.Listen("tcp", "127.0.0.1:8888")
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
    log.Printf("Start server with: %s", l.Addr())

    defer l.Close()

    for {
        conn, err := l.Accept()
        if err != nil {
            log.Fatal(err)
        }

        go handleConnection(conn)
    }
}

func handleConnection(conn net.Conn) {
    reader := bufio.NewReader(conn)

    for {
        dat, _, err := reader.ReadLine()
        if err != nil {
            log.Println(err)
            return
        }

        fmt.Println("client:", string(dat))

        _, err = conn.Write([]byte("word\n"))
        if err != nil {
            log.Println(err)
            return
        }
    }
}

注意：

  1. 通过 net.Listen("tcp", "127.0.0.1:8888") 新建一个 TCP Server。
  2. 通过 l.Accept() 获取创建的连接。
  3. 通过 go handleConnection(c) 新建的 goroutine 来处理连接。
  • client/main.go

package main

import (
    "bufio"
    "fmt"
    "log"
    "net"
    "time"
)

func main() {
    conn, err := net.Dial("tcp", "127.0.0.1:8888")
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }

    defer conn.Close()

    reader := bufio.NewReader(conn)
    for {
        _, err := conn.Write([]byte("hello\n"))
        if err != nil {
            log.Fatal(err)
        }

        dat, _, err := reader.ReadLine()
        if err != nil {
            log.Fatal(err)
        }
        fmt.Println("sever:", string(dat))

        time.Sleep(5 * time.Second)
    }
}

注意：

  1. 通过 net.DialTCP("tcp", nil, addr) 尝试创建到 TCP Sever 的连接。
  2. 通过 conn.Write([]byte("hello\n")) 向服务端发送数据。
  3. 通过 reader.ReadLine() 读取服务端响应数据。

当我们运行代码的时候，可以在终端看到如下输入：

go run server/main.go

2018/06/08 08:12:23 Start server with: 127.0.0.1:8888
client: hello
client: hello
go run client/main.go

2018/06/08 08:12:23 Start server with: 127.0.0.1:8888
sever: word
sever: word

UDP 操作

UDP 相较于 TCP 简单的多，它具有以下特点：

  • 无连接的
  • 要求系统资源较少
  • UDP 程序结构较简单
  • 基于数据报模式(UDP)
  • UDP 可能丢包
  • UDP 不保证数据顺序性

下面我们通过一个统计服务在线人数的例子来了解它：

  • server/main.go
package main

import (
    "log"
    "net"
    "time"
)

func main() {
    // listen to incoming udp packets
    pc, err := net.ListenPacket("udp", "127.0.0.1:8888")
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }

    log.Printf("Start server with: %s", pc.LocalAddr())

    defer pc.Close()

    clients := make([]net.Addr, 0)

    go func() {
        for {
            for _, addr := range clients {
                _, err := pc.WriteTo([]byte("pong\n"), addr)
                if err != nil {
                    log.Println(err)
                }
            }

            time.Sleep(5 * time.Second)
        }
    }()

    for {
        buf := make([]byte, 256)
        n, addr, err := pc.ReadFrom(buf)
        if err != nil {
            log.Println(err)
            continue
        }

        clients = append(clients, addr)

        log.Println(string(buf[0:n]))
        log.Println(addr.String(), "connecting...", len(clients), "connected")
    }
}

注意：

  1. 监听本地 UDP 127.0.0.1:8888。
  2. 使用 pc.ReadFrom(buf) 方法读取客户端发送的消息。
  3. 使用 clients 来保存所有连上的客户端连接。
  4. 通过 pc.WriteTo([]byte("pong\n"), addr) 向所有客户端发送消息。
  • client/main.go
package main

import (
    "bufio"
    "log"
    "net"
)

func main() {
    conn, err := net.Dial("udp", "127.0.0.1:8888")
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }

    defer conn.Close()

    _, err = conn.Write([]byte("ping..."))
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }

    reader := bufio.NewReader(conn)
    for {
        dat, _, err := reader.ReadLine()
        if err != nil {
            log.Fatal(err)
        }

        log.Println(string(dat))
    }
}

当我运行代码可以得到如下输出：

# 执行命令
go run server/main.go

# 输出
2018/06/08 14:36:13 Start server with: 127.0.0.1:8888
2018/06/08 14:36:15 ping...
2018/06/08 14:36:15 127.0.0.1:61790 connecting... 1 connected
2018/06/08 14:36:18 ping...
2018/06/08 14:36:18 127.0.0.1:59989 connecting... 2 connected
# 启动 client1
go run client/main.go

# 输出
2018/06/08 14:36:18 pong
2018/06/08 14:36:23 pong
# 启动 client2
go run client/main.go

# 输出
2018/06/08 14:37:58 pong
2018/06/08 14:38:03 pong

Unix 操作

Unix 和 TCP 很相似，只不过监听的地址是一个 Socket 文件，例如：

l, err := net.Listen("unix", "/tmp/echo.sock")

下面我们就通过一个实际的例子来练习：

  • server/main.go
package main

import (
    "log"
    "net"
)

func main() {
    l, err := net.Listen("unix", "/tmp/unix.sock")
    if err != nil {
        log.Fatal("listen error:", err)
    }

    for {
        conn, err := l.Accept()
        if err != nil {
            log.Fatal("accept error:", err)
        }

        go helloServer(conn)
    }
}

func helloServer(c net.Conn) {
    for {
        buf := make([]byte, 512)
        nr, err := c.Read(buf)
        if err != nil {
            return
        }

        data := buf[0:nr]
        log.Println(string(data))

        _, err = c.Write([]byte("hello"))
        if err != nil {
            log.Fatal("Write: ", err)
        }
    }
}

说明：

  • 使用 net.Listen("unix", "/tmp/unix.sock") 启动一个 Server。

  • 使用 conn, err := l.Accept() 来接受客户端的连接。

  • 使用 go helloServer(conn) 来处理客户端连接，并读取客户端发送的数据 hi 并返回 hello。

  • client/main.go

package main

import (
    "io"
    "log"
    "net"
    "time"
)

func reader(r io.Reader) {
    buf := make([]byte, 512)
    for {
        n, err := r.Read(buf[:])
        if err != nil {
            return
        }
        log.Println(string(buf[0:n]))
    }
}

func main() {
    c, err := net.Dial("unix", "/tmp/unix.sock")
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
    defer c.Close()

    go reader(c)
    for {
        _, err := c.Write([]byte("hi"))
        if err != nil {
            log.Fatal("write error:", err)
            break
        }
        time.Sleep(3 * time.Second)
    }
}

注意：

  • 使用 c, err := net.Dial("unix", "/tmp/unix.sock") 来连接服务端。
  • 使用 c.Write([]byte("hi")) 向服务端发送 hi 消息。
  • 使用 r.Read(buf) 读取客户端发送的消息。

当运行代码可以得到如下输出：

# go run server/main.go

2018/06/09 20:42:14 hi
2018/06/09 20:42:16 hi
2018/06/09 20:42:17 hi
# go run client/main.go

2018/06/09 20:41:47 hello
2018/06/09 20:41:50 hello
2018/06/09 20:41:53 hello

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