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在 Go 中实现一个支持并发的 TCP 服务端

TCP 和 UDP 服务端随处可见，它们基于 TCP/IP 协议栈，通过网络为客户端提供服务。在这篇文章中，我将介绍如何使用 Go 语言开发一个用于返回随机数、支持并发的 TCP 服务端。对于每一个来自 TCP 客户端的连接，它都会启动一个新的 goroutine（轻量级线程）来处理相应的请求。

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你可以在 GitHub 上找到本项目的源码：concTcp.go。

这个程序的主要逻辑在 handleConnection 函数中，具体实现如下：

在 main 函数的实现部分，每当 TCP 服务端收到 TCP 客户端的连接请求，它都会启动一个新的 goroutine 来为这个请求提供服务。

首先， main 确保程序至少有一个命令行参数。注意，现有代码并没有检查这个参数是否为有效的 TCP 端口号。不过，如果它是一个无效的 TCP 端口号， net.Listen 就会调用失败，并返回一个错误信息，类似下面这样：

net.Listen 函数用于告诉 Go 接受网络连接，因而承担了服务端的角色。它的返回值类型是 net.Conn ，后者实现了 io.Reader 和 io.Writer 接口。此外， main 函数中还调用了 rand.Seed 函数，用于初始化随机数生成器。最后， for 循环允许程序一直使用 Accept 函数来接受 TCP 客户端的连接请求，并以 goroutine 的方式来运行 handleConnection(c) 函数，处理客户端的后续请求。

net.Listen 函数的第一个参数定义了使用的网络类型，而第二个参数定义了服务端监听的地址和端口号。第一个参数的有效值为 tcp 、 tcp4 、 tcp6 、 udp 、 udp4 、 udp6 、 ip 、 ip4 、 ip6 、 Unix （Unix 套接字）、 Unixgram 和 Unixpacket ，其中： tcp4 、 udp4 和 ip4 只接受 IPv4 地址，而 tcp6 、 udp6 和 ip6 只接受 IPv6 地址。

concTCP.go 需要一个命令行参数，来指定监听的端口号。当它开始服务 TCP 客户端时，你会得到类似下面的输出：

netstat 的输出可以确认 congTCP.go 正在为多个 TCP 客户端提供服务，并且仍在继续监听建立连接的请求：

在上面输出中，最后一行显示了有一个进程正在监听 8001 端口，这意味着你可以继续连接 TCP 的 8001 端口。第一行和第二行显示了有一个已建立的 TCP 网络连接，它占用了 8001 和 62556 端口。相似地，第三行和第四行显示了有另一个已建立的 TCP 连接，它占用了 8001 和 62554 端口。

下面这张图片显示了 concTCP.go 在服务多个 TCP 客户端时的输出：

类似地，下面这张图片显示了两个 TCP 客户端的输出（使用了 nc 工具）：

你可以在 维基百科上找到更多关于 nc （即 netcat ）的信息。

现在，你学会了如何用大约 65 行 Go 代码来开发一个生成随机数、支持并发的 TCP 服务端，这真是太棒了！如果你想要让你的 TCP 服务端执行别的任务，只需要修改 handleConnection 函数即可。

via:

作者：Mihalis Tsoukalos选题：lkxed译者：lkxed校对：wxy

Golang 网络编程丝绸之路 - TCP/UDP 地址解析

TL;DR 在使用 Golang 编写 TCP/UDP socket 的时候，第一步做的就是地址解析。

该函数返回的地址包含的信息如下：

TCPAddr 里， IP 既可以是 IPv4 地址，也可以是 IPv6 地址。 Port 就是端口了。 Zone 是 IPv6 本地地址所在的区域。

从返回结果看该函数的参数， network 指 address 的网络类型； address 指要解析的地址，会从中解析出我们想要的 IP , Port 和 Zone 。

从源码中可以看出，参数 network 只能是如下四个值，否则会得到一个错误。

解析过程跟 ResolveTCPAddr 的一样，不过得到的是 *UDPAddr 。

UDPAddr 包含的信息如下：

为什么要使用 Go 语言?Go 语言的优势在哪里?

1、简单易学。

Go语言的作者本身就很懂C语言，所以同样Go语言也会有C语言的基因，所以对于程序员来说，Go语言天生就会让人很熟悉，容易上手。

2、并发性好。

Go语言天生支持并发，可以充分利用多核，轻松地使用并发。 这是Go语言最大的特点。

描述

Go的语法接近C语言，但对于变量的声明有所不同。Go支持垃圾回收功能。Go的并行模型是以东尼·霍尔的通信顺序进程（CSP）为基础，采取类似模型的其他语言包括Occam和Limbo，但它也具有Pi运算的特征，比如通道传输。

在1.8版本中开放插件（Plugin）的支持，这意味着现在能从Go中动态加载部分函数。

与C++相比，Go并不包括如枚举、异常处理、继承、泛型、断言、虚函数等功能，但增加了 切片(Slice) 型、并发、管道、垃圾回收、接口（Interface）等特性的语言级支持。

Go 语言自我提升 (三次握手 - 四次挥手 - TCP状态图 - udp - 网络文件传输)

三次握手：

1. 主动发起连接请求端（客户端），发送 SYN 标志位，携带数据包、包号

2. 被动接收连接请求端（服务器），接收 SYN，回复 ACK，携带应答序列号。同时，发送SYN标志位，携带数据包、包号

3. 主动发起连接请求端（客户端），接收SYN 标志位，回复 ACK。

被动端（服务器）接收 ACK —— 标志着 三次握手建立完成（ Accept()/Dial() 返回 ）

四次挥手：

1. 主动请求断开连接端（客户端）， 发送 FIN标志，携带数据包

2. 被动接受断开连接端（服务器）， 发送 ACK标志，携带应答序列号。 —— 半关闭完成。

3. 被动接受断开连接端（服务器）， 发送 FIN标志，携带数据包

4. 主动请求断开连接端（客户端）， 发送 最后一个 ACK标志，携带应答序列号。—— 发送完成，客户端不会直接退出，等 2MSL时长。

等 2MSL待目的：确保服务器 收到最后一个ACK

滑动窗口：

通知对端本地存储数据的 缓冲区容量。—— write 函数在对端 缓冲区满时，有可能阻塞。

TCP状态转换：

1. 主动发起连接请求端：

CLOSED —— 发送SYN —— SYN_SENT(了解) —— 接收ACK、SYN，回发 ACK —— ESTABLISHED (数据通信)

2. 主动关闭连接请求端：

ESTABLISHED —— 发送FIN —— FIN_WAIT_1 —— 接收ACK —— FIN_WAIT_2 (半关闭、主动端)

—— 接收FIN、回复ACK —— TIME_WAIT (主动端) —— 等 2MSL 时长 —— CLOSED

3. 被动建立连接请求端：

CLOSED —— LISTEN —— 接收SYN、发送ACK、SYN —— SYN_RCVD —— 接收 ACK —— ESTABLISHED (数据通信)

4. 被动断开连接请求端：

ESTABLISHED —— 接收 FIN、发送 ACK —— CLOSE_WAIT —— 发送 FIN —— LAST_ACK —— 接收ACK —— CLOSED

windows下查看TCP状态转换：

netstat -an | findstr  端口号

Linux下查看TCP状态转换：

netstat -an | grep  端口号

TCP和UDP对比: 

TCP: 面向连接的可靠的数据包传递。 针对不稳定的 网络层，完全弥补。ACK

UDP：无连接不可靠的报文传输。 针对不稳定的 网络层，完全不弥补。还原网络真实状态。

优点                                                             缺点

TCP： 可靠、顺序、稳定                                      系统资源消耗大，程序实现繁复、速度慢

UDP：系统资源消耗小，程序实现简单、速度快                          不可靠、无序、不稳定

使用场景：

TCP：大文件、可靠数据传输。 对数据的 稳定性、准确性、一致性要求较高的场合。

UDP：应用于对数据时效性要求较高的场合。 网络直播、电话会议、视频直播、网络游戏。

UDP-CS-Server实现流程：

1.  创建 udp地址结构 ResolveUDPAddr(“协议”， “IP：port”) —— udpAddr 本质 struct{IP、port}

2.  创建用于 数据通信的 socket ListenUDP(“协议”, udpAddr ) —— udpConn (socket)

3.  从客户端读取数据，获取对端的地址 udpConn.ReadFromUDP() —— 返回：n，clientAddr， err

4.  发送数据包给 客户端 udpConn.WriteToUDP("数据"， clientAddr)

UDP-CS-Client实现流程：

1.  创建用于通信的 socket。 net.Dial("udp", "服务器IP：port") —— udpConn (socket)

2.  以后流程参见 TCP客户端实现源码。

UDPserver默认就支持并发！

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命令行参数： 在main函数启动时，向整个程序传参。 【重点】

语法： go run xxx.go   argv1 argv2  argv3  argv4 。。。

xxx.exe:  第 0 个参数。

argv1 ：第 1 个参数。

argv2 ：第 2 个参数。

argv3 ：第 3 个参数。

argv4 ：第 4 个参数。

使用： list := os.Args  提取所有命令行参数。

获取文件属性函数：

os.stat(文件访问绝对路径) —— fileInfo 接口

fileInfo 包含 两个接口。

Name() 获取文件名。 不带访问路径

Size() 获取文件大小。

网络文件传输 —— 发送端（客户端）

1.  获取命令行参数，得到文件名（带路径）filePath list := os.Args

2.  使用 os.stat() 获取 文件名（不带路径）fileName

3.  创建 用于数据传输的 socket  net.Dial("tcp"， “服务器IP+port”) —— conn

4.  发送文件名(不带路径)  给接收端， conn.write()

5.  读取 接收端回发“ok”，判断无误。封装函数 sendFile(filePath, conn) 发送文件内容

6.  实现 sendFile(filePath,  conn)

1) 只读打开文件 os.Open(filePath)

for {

2) 从文件中读数据  f.Read(buf)

3) 将读到的数据写到socket中  conn.write(buf[:n])

4）判断读取文件的 结尾。 io.EOF. 跳出循环

}

网络文件传输 —— 接收端（服务器）

1. 创建用于监听的 socket net.Listen() —— listener

2. 借助listener 创建用于 通信的 socket listener.Accpet()  —— conn

3. 读取 conn.read() 发送端的 文件名， 保存至本地。

4. 回发 “ok”应答 发送端。

5. 封装函数，接收文件内容 recvFile(文件路径)

1) f = os.Create(带有路径的文件名)

for {

2）从 socket中读取发送端发送的 文件内容 。 conn.read(buf)

3)  将读到的数据 保存至本地文件 f.Write(buf[:n])

4)  判断 读取conn 结束， 代表文件传输完成。 n == 0  break

}

golang udp编程

用户数据报协议（User Datagram Protocol，缩写为UDP），又称用户数据报文协议，是一个简单的面向数据报(package-oriented)的传输层协议，正式规范为RFC 768。

UDP只提供数据的不可靠传递，它一旦把应用程序发给网络层的数据发送出去，就不保留数据备份（所以UDP有时候也被认为是不可靠的数据报协议）。

UDP在IP数据报的头部仅仅加入了复用和数据校验。

由于缺乏可靠性且属于非连接导向协议，UDP应用一般必须允许一定量的丢包、出错和复制粘贴。

1 在接收udp包时，如果接收包时给定的buffer太小的话，就要自己解决粘包问题。

2 udp包的发送和接收不保证一定成功，不保证按正确顺序抵达。

3 如果不允许丢包的情况出现的话，要有重发机制来保证，如：反馈机制确认。

服务端

客户端

go语言到底有什么好处

1. 部署简单

Go

编译生成的是一个静态可执行文件，除了glibc外没有其他外部依赖。这让部署变得异常方便：目标机器上只需要一个基础的系统和必要的管理、监控工具，完全不需要操心应用所需的各种包、库的依赖关系，大大减轻了维护的负担。

2. 并发性好

Goroutine和channel使得编写高并发的服务端软件变得相当容易，很多情况下完全不需要考虑锁机制以及由此带来的各种问题。单个Go应用也能有效的利用多个CPU核，并行执行的性能好。

3. 良好的语言设计

从学术的角度讲Go语言其实非常平庸，不支持许多高级的语言特性;但从工程的角度讲，Go的设计是非常优秀的：规范足够简单灵活，有其他语言基础的程序员都能迅速上手。更重要的是

Go 自带完善的工具链，大大提高了团队协作的一致性。

4. 执行性能好

虽然不如 C 和 Java，但相比于其他编程语言，其执行性能还是很好的，适合编写一些瓶颈业务，内存占用也非常省。