socket编程
Socket是BSD UNIX的进程通信机制，通常也称作”套接字”，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄。Socket可以理解为TCP/IP网络的API，它定义了许多函数或例程，程序员可以用它们来开发TCP/IP网络上的应用程序。电脑上运行的应用程序通常通过”套接字”向网络发出请求或者应答网络请求。
Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket后面，对用户来说只需要调用Socket规定的相关函数，让Socket去组织符合指定的协议数据然后进行通信。
GO语言实现TCP通信
TCP协议
TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol) 即传输控制协议/网间协议，是一种面向连接（连接导向）的、可靠的、基于字节流的传输层（Transport layer）通信协议，因为是面向连接的协议，数据像水流一样传输，会存在黏包问题。
TCP服务端
一个TCP服务端可以同时连接很多个客户端，Go语言中创建多个goroutine实现并发非常方便和高效，所以可以每建立一次链接就创建一个goroutine去处理。
TCP服务端程序的处理流程：
- 监听端口
- 接收客户端请求建立链接
- 创建goroutine处理链接
TCP服务端：
//TCP server端
func process(conn net.Conn) {
defer conn.Close() //关闭连接
for {
reader := bufio.NewReader(conn)
var buf [128]byte
n,err := reader.Read(buf[:]) //读取数据
if err != nil{
fmt.Println("连接客户端失败,错误信息：",err)
}
recvStr := string(buf[:n])
fmt.Println("收到客户端信息：",recvStr)
conn.Write([]byte(recvStr)) //发送数据
}
}
func main() {
listen,err := net.Listen("tcp","127.0.0.1:8888")
if err != nil{
fmt.Println("监听失败，错误：",err)
return
}
for {
conn,err := listen.Accept() //建立连接
if err!= nil{
fmt.Println("建立连接失败，错误：",err)
continue
}
go process(conn) //启动一个goroutine处理连接
}
}
TCP客户端
一个TCP客户端进行TCP通信的流程如下：
- 建立与服务端的链接
- 进行数据收发
- 关闭链接
TCP客户端：
//客户端
func main() {
conn ,err := net.Dial("tcp","127.0.0.1:8888")
if err != nil {
fmt.Println("连接失败，错误：",err)
return
}
defer conn.Close()
inputReader := bufio.NewReader(os.Stdout)
for {
input, _ := inputReader.ReadString('
') //读取用户输入
inputInfo := strings.Trim(input,"
")
if strings.ToUpper(inputInfo) == "q"{
return //如果输入q就退出
}
_,err = conn.Write([]byte(inputInfo)) //发送数据
if err != nil{
return
}
buf := [512]byte{}
n,err := conn.Read(buf[:])
if err != nil{
fmt.Println("接受失败，错误：",err)
return
}
fmt.Println(string(buf[:n]))
}
}
先启动server，后启动client:
$go run main.go
我是客户端
我是客户端
$go run main.go
收到客户端信息： 我是客户端
GO语言实现UDP通信
UDp协议
UDP协议（User Datagram Protocol）中文名称是用户数据报协议，是OSI（Open System Interconnection，开放式系统互联）参考模型中一种无连接的传输层协议，不需要建立连接就能直接进行数据发送和接收，属于不可靠的、没有时序的通信，但是UDP协议的实时性比较好，通常用于视频直播相关领域。
UDP服务端
//服务端
func main() {
listen,err := net.ListenUDP("udp",&net.UDPAddr{
IP:net.IPv4(0,0,0,0),
Port:8888,
})
if err != nil{
fmt.Println("监听失败，错误：",err)
return
}
defer listen.Close()
for {
var data [1024]byte
n,addr,err := listen.ReadFromUDP(data[:])
if err != nil{
fmt.Println("接收udp数据失败，错误：",err)
continue
}
fmt.Printf("data:%v addr:%v count:%v
", string(data[:n]), addr, n)
_ ,err = listen.WriteToUDP(data[:n],addr) //发送数据
if err != nil{
fmt.Println("发送数据失败，错误：",err)
continue
}
}
}
UDP客户端
//客户端
func main() {
socket,err := net.DialUDP("udp",nil,&net.UDPAddr{
IP:net.IPv4(0,0,0,0),
Port:8888,
})
if err != nil{
fmt.Println("连接服务器失败，错误：",err)
return
}
defer socket.Close()
sendData := []byte("hello world!")
_,err = socket.Write(sendData)
if err != nil{
fmt.Println("发送数据失败，错误：",err)
return
}
data := make([]byte,4096)
n,remoteAddr,err := socket.ReadFromUDP(data)
if err != nil{
fmt.Println("接受数据失败，错误：",err)
return
}
fmt.Printf("recv:%v addr:%v count:%v
", string(data[:n]), remoteAddr, n)
}
先启动server，后启动client：
$go run main.go
recv:hello world! addr:127.0.0.1:8888 count:12
$go run main.go
data:hello world! addr:127.0.0.1:51222 count:12
HTTP客户端和服务端
HTTP协议
超文本传输协议（HTTP，HyperText Transfer Protocol)是互联网上应用最为广泛的一种网络传输协议，所有的WWW文件都必须遵守这个标准。设计HTTP最初的目的是为了提供一种发布和接收HTML页面的方法。
HTTP服务端
net/http包是对net包的进一步封装，专门用来处理HTTP协议的数据。
// http server
func sayHi(w http.ResponseWriter,r *http.Request) {
fmt.Fprintln(w,"你好，ares！")
}
func main() {
http.HandleFunc("/",sayHi)
err := http.ListenAndServe(":8888",nil)
if err != nil{
fmt.Println("Http 服务建立失败，err：",err)
return
}
}

HTTP客户端
func main() {
resp, err := http.Get("https://www.baidu.com/")
if err != nil {
fmt.Println("get failed, err:", err)
return
}
defer resp.Body.Close()
body, err := ioutil.ReadAll(resp.Body)
fmt.Printf("%T
",body)
fmt.Println(string(body))
}
执行之后就能在终端输出www.baidu.com网站首页的内容了。
TCP粘包
粘包服务端
//粘包
func process(conn net.Conn) {
defer conn.Close()
reader := bufio.NewReader(conn)
var buf [1024]byte
for {
n,err := reader.Read(buf[:])
if err == io.EOF{
break
}
if err != nil{
fmt.Println("读取客户端失败,err",err)
break
}
recvStr := string(buf[:n])
fmt.Println("收到client发来的数据：",recvStr)
}
}
func main() {
listen,err := net.Listen("tcp","127.0.0.1:8888")
if err != nil{
fmt.Println("监听失败,err",err)
return
}
defer listen.Close()
for {
conn,err := listen.Accept()
if err != nil{
fmt.Println("接受失败,err",err)
continue
}
go process(conn)
}
}
粘包客户端
func main() {
conn,err := net.Dial("tcp","127.0.0.1:8888")
if err != nil{
fmt.Println("连接失败,err",err)
return
}
defer conn.Close()
for i:=0;i<20;i++{
msg := "Ares is a bird!"
conn.Write([]byte(msg))
}
}
先启动服务端再启动客户端，可以看到服务端输出结果如下：
$go run main.go
收到client发来的数据： Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!
收到client发来的数据： Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!Ares is a bird!
客户端分10次发送的数据，在服务端并没有成功的输出10次，而是多条数据“粘”到了一起。
TCP为什么会出现粘包
在socket网络程序中，TCP和UDP分别是面向连接和非面向连接的。因此TCP的socket编程，收发两端（客户端和服务器端）都要有成对的socket，因此，发送端为了将多个发往接收端的包，更有效的发到对方，使用了优化方法（Nagle算法），将多次间隔较小、数据量小的数据，合并成一个大的数据块，然后进行封包。这样，接收端，就难于分辨出来了，必须提供科学的拆包机制。
对于UDP，不会使用块的合并优化算法，这样，实际上目前认为，是由于UDP支持的是一对多的模式，所以接收端的skbuff(套接字缓冲区）采用了链式结构来记录每一个到达的UDP包，在每个UDP包中就有了消息头（消息来源地址，端口等信息），这样，对于接收端来说，就容易进行区分处理了。所以UDP不会出现粘包问题。
粘包产生原因
1发送端需要等缓冲区满才发送出去，造成粘包
2接收方不及时接收缓冲区的包，造成多个包接收
具体点：
（1）发送方引起的粘包是由TCP协议本身造成的，TCP为提高传输效率，发送方往往要收集到足够多的数据后才发送一包数据。若连续几次发送的数据都很少，通常TCP会根据优化算法把这些数据合成一包后一次发送出去，这样接收方就收到了粘包数据。
（2）接收方引起的粘包是由于接收方用户进程不及时接收数据，从而导致粘包现象。这是因为接收方先把收到的数据放在系统接收缓冲区，用户进程从该缓冲区取数据，若下一包数据到达时前一包数据尚未被用户进程取走，则下一包数据放到系统接收缓冲区时就接到前一包数据之后，而用户进程根据预先设定的缓冲区大小从系统接收缓冲区取数据，这样就一次取到了多包数据。
参考：TCP通信粘包问题分析和解决
解决办法
出现”粘包”的关键在于接收方不确定将要传输的数据包的大小，因此我们可以对数据包进行封包和拆包的操作。
自定义一个协议，比如数据包的前4个字节为包头，里面存储的是发送的数据的长度。
// Encode 将消息编码
func Encode(message string)([]byte ,error) {
// 读取消息的长度，转换成int32类型（占4个字节）
var length = int32(len(message))
var pkg = new(bytes.Buffer)
//写入消息头
err := binary.Write(pkg,binary.LittleEndian,length)
if err != nil{
return nil,err
}
//写入消息实体
err = binary.Write(pkg,binary.LittleEndian,[]byte(message))
if err != nil{
return nil,err
}
return pkg.Bytes(),nil
}
// Decode 消息解码
func Decode(reader *bufio.Reader)(string,error) {
//读取消息长度
lengthByte,_ := reader.Peek(4) //读取前4个字节数据
lengthBuff := bytes.NewBuffer(lengthByte)
var length int32
err := binary.Read(lengthBuff,binary.LittleEndian,&length)
if err != nil{
return "",err
}
// Buffered返回缓冲中现有的可读取的字节数。
if int32(reader.Buffered()) < length+4{
return "",err
}
//读取真正的消息数据
pack := make([]byte,int(4+length))
_,err = reader.Read(pack)
if err != nil{
return "",err
}
return string(pack[4:]),nil
}
server端：
func process(conn net.Conn) {
defer conn.Close()
reader := bufio.NewReader(conn)
for {
msg,err := proto.Decode(reader)
if err == io.EOF{
return
}
if err != nil{
fmt.Println("decode 失败,err",err)
return
}
fmt.Println("收到client数据:",msg)
}
}
func main() {
listen,err := net.Listen("tcp","127.0.0.1:8888")
if err != nil{
fmt.Println("监听失败,err",err)
return
}
defer listen.Close()
for {
conn,err := listen.Accept()
if err != nil{
fmt.Println("接受失败,err",err)
continue
}
go process(conn)
}
}
client端:
func main() {
conn,err := net.Dial("tcp","127.0.0.1:8888")
if err != nil{
fmt.Println("dial失败，err",err)
return
}
defer conn.Close()
for i:=0;i<20;i++{
msg := "Hello Ares!"
data,err := proto.Encode(msg)
if err != nil{
fmt.Println("encode失败，err",err)
return
}
conn.Write(data)
}
}
先启动服务端再启动客户端，可以看到服务端输出结果如下：
go run main.go
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!
收到client数据: Hello Ares!