Golang 网络编程

TCP

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议

如何保证连接的可靠性？

三次握手
四次挥手

三次握手

TCP 三次握手（Three-way Handshake）是TCP/IP 协议用来在两个网络端点之间建立一个连接的过程。它涉及到发送者和接收者的三个步骤，确保两端都准备好接收和发送数据

以下是三次握手的步骤：

SYN
客户端发送一个带有 SYN（同步序列编号）标志的TCP段到服务器，以初始化一个连接。
此时，客户端进入 SYN-SENT 状态
SYN-ACK
服务器接收到客户端的SYN请求后，必须确认客户的SYN（ACK），同时自己也发送一个SYN请求，即SYN+ACK。
此时，服务器进入 SYN-RECEIVED 状态
ACK
客户端接收到服务器的SYN+ACK后，发送一个确认包ACK给服务器。该包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，连接建立
如果ACK没有在预定的时间内到达服务器，服务器通常会重试发送SYN-ACK，并继续等待客户端的ACK。这会重复几次，根据TCP实现的具体细节和配置而有所不同。如果在几次重试后仍没有收到ACK，服务器最终会超时并放弃这个连接尝试，连接建立失败

Go中，我们不直接操作这些底层细节，因为net包抽象了这些实现细节。当我们使用net.Dial去连接服务器，或者服务器使用Accept接收一个连接时，三次握手都在底层自动完成了

四次挥手

TCP 四次挥手（Four-way Handshake）是TCP/IP 协议用来在两个网络端点之间终止一个连接的过程。它比建立连接时的三次握手要多一步，因为TCP连接是全双工的，所以每个方向必须单独进行终止。这个过程确保了数据完全传输且双方都同意关闭连接

步骤：

FIN
客户端决定数据发送完毕之后，它需要关闭连接。它发送一个带有 FIN 标志的TCP段到服务器，表示没有更多的数据传输。
此时，客户端进入 FIN-WAIT-1 状态
ACK
服务器接收到这个 FIN 段后，发送一个 ACK 确认，告诉客户端它的 FIN 已经收到。
服务器进入 CLOSE-WAIT 状态。客户端在收到 ACK 后进入 FIN-WAIT-2 状态
FIN (from server)
一段时间后，服务器准备好关闭连接时，它发送一个带有 FIN 标志的TCP段回给客户端。
服务器进入 LAST-ACK 状态
ACK
客户端收到服务器的 FIN 后，发送一个 ACK 确认，然后进入 TIME-WAIT 状态。客户端会在 TIME-WAIT 状态等待足够的时间以确保服务器收到它的 ACK。
服务器在收到客户端的 ACK 后，关闭连接，进入 CLOSED 状态。客户端在等待一段时间后也会关闭连接，进入 CLOSED 状态

这个过程确保了双方都不会丢失任何在网络中延迟的最后数据。Go中，这个过程通常是由 net 包的 Close 方法来触发的。当你调用 Close 方法时，底层的 TCP 套接字会开始四次挥手过程，但这个过程对于开发者来说是透明的

Golang 创建TCP服务器与客户端

创建服务端：

监听一个端口
接受连接
读取数据
写入响应
关闭连接

go 复制代码

package main

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

func main() {
    // 监听端口
    ln, err := net.Listen("tcp", ":8080")
    if err != nil {
        fmt.Println(err)
        os.Exit(1)
    }
    defer ln.Close()

    // 循环接受连接
    for {
        conn, err := ln.Accept()
        if err != nil {
            fmt.Println(err)
            continue
        }

        // 在goroutine中处理连接
        go handleConnection(conn)
    }
}

// 处理连接的函数
func handleConnection(conn net.Conn) {
    defer conn.Close()
    reader := bufio.NewReader(conn)

    for {
        // 读取数据
        message, err := reader.ReadString('\n')
        if err != nil {
            fmt.Println(err)
            return
        }
        fmt.Print("Message Received:", message)

        // 写入响应
        conn.Write([]byte("Hello, Client!\n"))
    }
}

创建客户端：

连接到服务器
发送数据
读取响应
关闭连接

go 复制代码

package main

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

func main() {
    // 连接到服务器
    conn, err := net.Dial("tcp", "localhost:8080")
    if err != nil {
        fmt.Println(err)
        return
    }
    defer conn.Close()

    // 发送数据
    fmt.Fprintf(conn, "Hello, Server!\n")

    // 读取响应
    message, err := bufio.NewReader(conn).ReadString('\n')
    if err != nil {
        fmt.Println(err)
        os.Exit(1)
    }
    fmt.Print("Message from server:", message)
}

服务器监听8080端口，并在接受到连接后，在单独的goroutine中处理它。服务器读取来自客户端的消息，然后发送一个简单的响应。客户端连接到服务器，发送一个消息，并等待响应

`net.Listen` 和 `net.ListenTCP`

net.Listen 和 net.ListenTCP都是 Go 语言标准库 net 包中的函数，用于监听网络端口，但它们的用途和返回的类型有所不同
net.Listen 函数用于创建一个通用的网络监听器，它可以监听TCP、UDP、Unix sockets等多种类型的网络协议。该函数返回一个 net.Listener 接口，它抽象了网络监听操作的细节。使用 net.Listener 接口可以接受新的连接

go 复制代码

ln, err := net.Listen("tcp", "localhost:8080")

第一个参数是网络类型，第二个参数是地址和端口

net.ListenTCP 函数是一个更具体的函数，它只用于TCP网络协议。它返回一个 *net.TCPListener 类型的对象，这个对象提供了一些TCP特定的方法，比如 SetDeadline、SetKeepAlive 等

go 复制代码

addr, _ := net.ResolveTCPAddr("tcp", "localhost:8080")
ln, err := net.ListenTCP("tcp", addr)

这里需要先通过 net.ResolveTCPAddr 解析地址，然后传给 net.ListenTCP

使用 net.Listen 可以监听各种类型的网络协议，非常灵活。而 net.ListenTCP 则是专门用于TCP协议，提供了一些TCP特有的控制方法。根据具体需求选择使用哪一个

如果你只需要创建一个简单的TCP服务器，而不需要使用TCP协议的高级特性，net.Listen 就足够了。如果你需要对TCP连接进行更精细的控制，比如设置keep-alive参数或者设置连接的deadline，那么应该使用 net.ListenTCP

HTTP

可以使用net/http标准库来创建HTTP客户端和服务器

服务端

go 复制代码

package main

import (
    "fmt"
    "net/http"
)

func main() {
    http.HandleFunc("/", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        fmt.Fprintf(w, "Hello, you've requested: %s\n", r.URL.Path)
    })

    fmt.Println("Server is running at http://localhost:8080/")
    http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

客户端

go 复制代码

package main

import (
    "io"
    "log"
    "net/http"
)

func main() {
    resp, err := http.Get("http://localhost:8080/")
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
    defer resp.Body.Close()

    body, err := io.ReadAll(resp.Body)
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
    log.Println(string(body))
}

服务器端代码将在8080端口启动一个HTTP服务器，并对所有到达根路径"/"的请求作出响应。客户端代码将向该服务器发送一个请求，并打印出响应的内容

RPC

RPC（Remote Procedure Call，RPC）允许客户端像调用本地函数一样调用远程服务器上的函数。Go的net/rpc包支持通过TCP或HTTP进行通信

服务端

go 复制代码

package main

import (
	"log"
	"net"
	"net/rpc"
)

// Args 定义了RPC函数的参数
type Args struct {
	A, B int
}

// Arith 定义了RPC服务的结构体
type Arith int

// Multiply 是一个RPC服务方法，它将Args中的A和B相乘，并返回结果
func (t *Arith) Multiply(args *Args, reply *int) error {
	*reply = args.A * args.B
	return nil
}

func main() {
	arith := new(Arith)
	rpc.Register(arith)
	
	// 在TCP上监听
	listener, err := net.Listen("tcp", ":1234")
	if err != nil {
		log.Fatal("Listen error:", err)
	}
	log.Printf("Serving RPC server on port %d", 1234)

	// 接受连接请求
	for {
		conn, err := listener.Accept()
		if err != nil {
			log.Fatal(err)
		}
		go rpc.ServeConn(conn)
	}
}

客户端

go 复制代码

package main

import (
	"log"
	"net/rpc"
)

// Args 和服务端定义的结构相同
type Args struct {
	A, B int
}

func main() {
	client, err := rpc.Dial("tcp", "localhost:1234")
	if err != nil {
		log.Fatal("Dialing:", err)
	}

	// Synchronous call
	args := &Args{A: 7, B: 8}
	var reply int
	err = client.Call("Arith.Multiply", args, &reply)
	if err != nil {
		log.Fatal("Arith error:", err)
	}
	log.Printf("Arith: %d*%d=%d", args.A, args.B, reply)
}

服务端注册了一个Arith服务，包含了一个Multiply方法。客户端通过创建一个rpc.Client对象，然后调用Call方法发起同步的RPC调用。Call方法的第一个参数是要调用的服务和方法的名称，格式是"服务名.方法名"。后面的参数分别是RPC方法的输入参数和输出参数

如果你打算在生产环境中使用RPC，可能需要考虑使用更现代的RPC框架，如gRPC，它提供更多的功能，包括支持Protocol Buffers和流式传输

WebSocket

gorilla/websocket是一个流行的库，用于处理WebSocket连接。WebSocket协议允许建立持久的全双工通信，这意味着服务器和客户端可以随时发送消息，而不需要建立多个HTTP连接

服务端

首先，你需要安装gorilla/websocket包：

go 复制代码

go get github.com/gorilla/websocket

go 复制代码

package main

import (
    "log"
    "net/http"
    "github.com/gorilla/websocket"
)

var upgrader = websocket.Upgrader{
    CheckOrigin: func(r *http.Request) bool {
        return true // 不检查来源
    },
}

func echo(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    conn, err := upgrader.Upgrade(w, r, nil)
    if err != nil {
        log.Print("upgrade:", err)
        return
    }
    defer conn.Close()

    for {
        mt, message, err := conn.ReadMessage()
        if err != nil {
            log.Println("read:", err)
            break
        }
        log.Printf("recv: %s", message)
        err = conn.WriteMessage(mt, message)
        if err != nil {
            log.Println("write:", err)
            break
        }
    }
}

func main() {
    http.HandleFunc("/echo", echo)
    log.Fatal(http.ListenAndServe("localhost:8080", nil))
}

客户端：可以用JavaScript编写

go 复制代码

const socket = new WebSocket('ws://localhost:8080/echo');

socket.onopen = function(e) {
  console.log("Connection established!");
  socket.send("Hello Server!");
};

socket.onmessage = function(event) {
  console.log(`Data received from server: ${event.data}`);
};

socket.onclose = function(event) {
  if (event.wasClean) {
    console.log(`Connection closed cleanly, code=${event.code}, reason=${event.reason}`);
  } else {
    console.error('Connection died');
  }
};

socket.onerror = function(error) {
  console.error(`[Error] ${error.message}`);
};

这段JavaScript代码创建了一个WebSocket客户端，连接到ws://localhost:8080/echo。客户端发送消息到服务器，然后服务器将相同的消息回传回来。客户端也处理打开、接收消息、关闭和错误事件

Golang 网络编程

TCP

三次握手

四次挥手

Golang 创建TCP服务器与客户端

net.Listen 和 net.ListenTCP

HTTP

RPC

WebSocket

`net.Listen` 和 `net.ListenTCP`