自由通讯的魔法：Go从零实现UDP/P2P 聊天工具

嘿，各位网络巫师们！今天我们要揭秘一个神奇的魔法------如何让两个不同网络下的客户端，绕过所有阻碍，直接进行秘密通信！这个项目将带你探索 Go 语言实现的 UDP 模式下的p2p技术，让你也能成为网络通信的魔法师！

项目概述

这是一个简单但强大的 P2P 通信系统，由两位得力助手组成：

红娘服务器：扮演月老角色，为两个素未谋面的客户端牵线搭桥
通信客户端：一旦拿到对方的联系方式，就能甩开红娘，直接私聊（坏笑）

技术魔法原理

P2P的秘密

想象一下：两个客户端就像住在两个封闭小区里的人，小区门口有保安（NAT 设备）严格检查访客。直接敲门是行不通的，但我们可以用一个巧妙的方法------

两个人都先给小区外的红娘服务器打电话："我想认识新朋友！"
红娘记下了两人的家庭住址（公网 IP 和端口）
红娘告诉双方："对方住在某某小区几号门"
两人同时尝试给对方打电话（虽然可能都打不通）
关键来了！这次拨号虽然失败，但会在各自小区门口留下记录："这个人可以接来自某某小区的电话"
当他们再次尝试联系时------奇迹发生了！电话居然接通了！
从此，两人可以自由聊天，再也不需要红娘从中传话了！

代码实现分析

红娘服务器实现（幕后牵线人）

go 复制代码

package main

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

func main() {
	listener, err := net.ListenUDP("udp", &net.UDPAddr{IP: net.IPv4zero, Port: 9981})
	if err != nil {
		fmt.Println(err)
		return
	}
	log.Printf("本地地址: <%s> \n", listener.LocalAddr().String())
	peers := make([]net.UDPAddr, 0, 2)  // 最多介绍两个有缘人
	data := make([]byte, 1024)
	for {
		n, remoteAddr, err := listener.ReadFromUDP(data)
		if err != nil {
			fmt.Printf("error during read: %s", err)
		}
		log.Printf("<%s> %s\n", remoteAddr.String(), data[:n])
		peers = append(peers, *remoteAddr)
		// 凑齐一对就开始介绍
		if len(peers) == 2 {
			log.Printf("进行UDP穿透,建立 %s <--> %s 的连接\n", peers[0].String(), peers[1].String())
			listener.WriteToUDP([]byte(peers[1].String()), &peers[0])  // 告诉第一个人第二个人的地址
			listener.WriteToUDP([]byte(peers[0].String()), &peers[1])  // 告诉第二个人第一个人的地址
			time.Sleep(time.Second * 8)  // 给两人一点时间熟悉一下
			log.Println("中转服务器退出,仍不影响peers间通信")  // 红娘功成身退
			return
		}
	}
}

服务器端的主要功能：

在 UDP 端口 9981 上监听连接
维护一个 peers 数组，最多存储两个客户端的地址信息
当有客户端发送数据时，将其地址添加到 peers 数组中
当 peers 数组中有两个客户端时，执行以下操作：
- 将第一个客户端的地址信息发送给第二个客户端
- 将第二个客户端的地址信息发送给第一个客户端
- 等待 8 秒，确保两个客户端有足够的时间完成穿透
- 服务器退出，但不影响两个客户端之间已建立的 P2P 连接

客户端实现（想要交友的小伙伴）

go 复制代码

package main

import (
	"fmt"
	"log"
	"net"
	"os"
	"strconv"
	"strings"
	"time"
)

var tag string  // 我的昵称

const HAND_SHAKE_MSG = "我是打招呼消息"  // 破冰开场白

func main() {
	// 当前进程标记字符串,便于显示
	tag = os.Args[1]
	srcAddr := &net.UDPAddr{IP: net.IPv4zero, Port: 7777} // 注意端口必须固定，这是我的固定电话
	dstAddr := &net.UDPAddr{IP: net.ParseIP("*.*.*.*"), Port: 9981} // 红娘服务器地址（已隐藏真实IP）
	conn, err := net.DialUDP("udp", srcAddr, dstAddr)
	if err != nil {
		fmt.Println(err)
	}
	// 向红娘自我介绍
	if _, err = conn.Write([]byte("hello, I'm new peer:" + tag)); err != nil {
		log.Panic(err)
	}
	// 等待红娘介绍对象
	data := make([]byte, 1024)
	n, remoteAddr, err := conn.ReadFromUDP(data)
	if err != nil {
		fmt.Printf("error during read: %s", err)
	}
	conn.Close()  // 拿到联系方式后，就不需要红娘了
	anotherPeer := parseAddr(string(data[:n]))  // 解析对方地址
	fmt.Printf("local:%s server:%s another:%s\n", srcAddr, remoteAddr, anotherPeer.String())
	// 开始穿透（破冰行动）
	bidirectionHole(srcAddr, &anotherPeer)
}

func parseAddr(addr string) net.UDPAddr {
	t := strings.Split(addr, ":")
	port, _ := strconv.Atoi(t[1])
	return net.UDPAddr{
		IP:   net.ParseIP(t[0]),
		Port: port,
	}
}

func bidirectionHole(srcAddr *net.UDPAddr, anotherAddr *net.UDPAddr) {
	conn, err := net.DialUDP("udp", srcAddr, anotherAddr)
	if err != nil {
		fmt.Println(err)
	}
	defer conn.Close()
	// 向另一个peer发送一条udp消息(对方peer的nat设备会丢弃该消息,非法来源),用意是在自身的nat设备打开一条可进入的通道,这样对方peer就可以发过来udp消息
	if _, err = conn.Write([]byte(HAND_SHAKE_MSG)); err != nil {
		log.Println("send handshake:", err)
	}
	go func() {
		for {
			time.Sleep(10 * time.Second)
			if _, err = conn.Write([]byte("from [" + tag + "]")); err != nil {
				log.Println("send msg fail", err)
			}
		}
	}()
	for {
		data := make([]byte, 1024)
		n, _, err := conn.ReadFromUDP(data)
		if err != nil {
			log.Printf("error during read: %s\n", err)
		} else {
			log.Printf("收到数据:%s\n", data[:n])
		}
	}
}

客户端的主要功能：

从命令行参数获取标签（tag），用于标识自己
在固定端口 7777 上创建 UDP 连接（注意：端口必须固定,程序自定义的端口）
连接到服务器（. ..:9981）并发送自己的标识信息
从服务器接收另一个客户端的地址信息
关闭与服务器的连接
调用 bidirectionHole 函数进行双向通讯：
- 创建一个连接到另一个客户端的 UDP 连接
- 发送一条握手消息，虽然可能被对方的 NAT 丢弃，但会在自己的 NAT 上打开一条通道
- 启动一个 goroutine，每 10 秒向对方发送一条消息
- 主 goroutine 持续监听并打印来自对方的消息

使用魔法指南

如何启动红娘服务器

在一台有公网 IP 的服务器上，施展以下咒语：

bash 复制代码

go build -o server.exe main.go  # 铸造魔法道具
./server.exe  # 启动红娘服务

如何让两个客户端建立私聊

在两个不同的网络环境（比如不同的家庭网络）中，分别启动客户端：

bash 复制代码

go build -o client.exe main.go  # 铸造魔法道具
./client.exe 小明  # 第一个客户端，名为小明
./client.exe 小红  # 第二个客户端，名为小红

接下来，魔法就会自动发生！两个客户端会自动联系红娘，获取对方的地址，完成 P2P，然后就可以直接聊天啦！

魔法注意事项

⚠️ 重要提示：以下是施展魔法的关键要点！ ⚠️

客户端的端口必须固定的！这就像是魔法通讯的专用频道，一旦改变，魔法就会失效！
你需要在客户端代码中填入真实的红娘服务器 IP 地址，替换掉 *.*.*.*
红娘服务器是个热心人，但她只在介绍阶段工作。一旦两位客户端建立了私聊，红娘就会功成身退，而私聊不会受到影响
记得在实际部署时修改服务器 IP 地址，代码中的 *.*.*.* 只是个占位符

魔法升级建议

如果你想让这个魔法更加强大，可以考虑以下升级路径：

添加错误重试魔法，让连接更加稳定可靠
添加心跳检测咒语，及时发现魔法连接是否中断
让红娘服务器能够同时介绍多对朋友，而不仅仅是一对
添加通信加密魔法，保护私聊内容不被偷听

魔法师总结

这个项目用简单的 Go 代码展示了 UDP 穿透这个网络魔法的实现方法。通过这个魔法，我们能够让两个被防火墙隔离的客户端建立直接的秘密通信通道！

这种魔法在很多地方都有应用：

在线游戏中，玩家之间的低延迟通信
视频通话软件，让通话更加流畅清晰
文件共享工具，实现点对点高速传输

虽然示例代码看起来简单，但它包含了 UDP 穿透魔法的核心秘密。掌握了这个魔法，你就可以进一步探索更复杂的 P2P 通信系统，成为真正的网络魔法师！

现在，快去施展你的魔法吧！🧙‍♂️✨