Go语言TCP网络程序设计
TCPAddr 地址结构体
在进行 TCP 网络编程时,服务器或客户机的地址使用 TCPAddr 地址结构体表示,TCPAddr 包含两个字段:IP 和 Port,形式如下:
type TCPAddr struct {
IP IP
Port int
}
func ResolveTCPAddr(net, addr string) (*TCPAddr, error)
在调用函数 ResolveTCPAddr() 时,参数 net 是网络协议名,可以是“tcp”、“tcp4”或“tcp6”。参数 addr 是 IP 地址或域名,如果是 IPv6 地址则必须使用“[]”括起来。另外,端口号以“:”的形式跟随在 IP 地址或域名的后而,端口是可选的。例如:“www.google.com:80”或“127.0.0.1:21”。还有一种特例,就是对于 HTTP 服务器,当主机地址为本地测试地址时 (127.0.0.1),可以直接使用端口号作为 TCP 连接地址,形如“:80”。
函数 ResolveTCPAddr() 调用成功后返回一个指向 TCPAddr 结构体的指针,否则返回一个错误类型。
另外,TCPAddr 地址对象还有两个方法:Network() 和 String(),Network() 方法用于返回 TCPAddr 地址对象的网络协议名,比如“tcp”;String() 方法可以将 TCPAddr 地址转换成字符串形式。这两个方法原型定义如下:
func (a *TCPAddr) Network() string
func (a *TCPAddr) String() string
import( "fmt" "net" "os" ) func main() { if len(os.Args) != 3 { fmt.Fprintf(os.Stderr, "Usage: %s networkType addr\n", os.Args[0]) os.Exit(1) } networkType := os.Args[1] addr := os.Args[2] tcpAddr, err := net.ResolveTCPAddr(networkType, addr) if err != nil { fmt.Println("ResolveTCPAddr error: ", err.Error()) os.Exit(1) } fmt.Println("The network type is: ", tcpAddr.Network()) fmt.Println("The IP address is: ", tcpAddr.String()) os.Exit(0) }编译并运行该程序,测试过程如下:
PS D:\code> go run .\main.go tcp c.biancheng.net:80
The network type is: tcp
The IP address is: 61.240.154.115:80
TCPConn 对象
在进行 TCP 网络编程时,客户机和服务器之间是通过 TCPConn 对象实现连接的,TCPConn 是 Conn 接口的实现。TCPConn 对象绑定了服务器的网络协议和地址信息,TCPConn 对象定义如下:
type TCPConn struct {
//空结构
)
func (c *TCPConn) Read(b []byte) (n int, err error)
func (c *TCPConn) Write(b []byte) (n int, err error)
TCP 服务器设计
前面讲了 Go语言网络编程和传统 Socket 网络编程有所不同,TCP 服务器的工作过程如下:1) TCP 服务器首先注册一个公知端口,然后调用 ListenTCP() 函数在这个端口上创建一个 TCPListener 监听对象,并在该对象上监听客户机的连接请求。
2) 启用 TCPListener 对象的 Accept() 方法接收客户机的连接请求,并返回一个协议相关的 Conn 对象,这里就是 TCPConn 对象。
3) 如果返回了一个新的 TCPConn 对象,服务器就可以调用该对象的 Read() 方法接收客户机发来的数据,或者调用 Write() 方法向客户机发送数据了。
TCPListener 对象、ListenTCP() 函数的原型定义如下:
type TCPListener struct {
//contains filtered or unexported fields
}
func ListenTCP(net string, laddr *TCPAddr) (*TCPListener, error)
TCPListener 对象的 Accept() 方法原型定义如下:
func (l *TCPListener) Accept() (c Conn, err error)
Accept() 方法调用成功后,返回 TCPConn 对象;否则,返回一个错误类型。服务器和客户机的通信连接建立成功后,就可以使用 Read() 和 Write() 方法收发数据。在通信过程中,如果还想获取通信双方的地址信息,可以使用 LocalAddr() 方法和 RemoteAddr() 方法来完成,这两个方法原型定义如下:
func (c *TCPConn) LocalAddr() Addr
func (c *TCPConn) RemoteAddr() Addr
【示例 2】TCP Server 端设计,服务器使用本地地址,服务端口号为 5000。服务器设计工作模式采用循环服务器,对每一个连接请求调用线程 handleClient 来处理。
// TCP Server 端设计 package main import( "fmt" "net" "os" ) func main() { service := ":5000" tcpAddr, err := net.ResolveTCPAddr("tcp", service) checkError(err) listener, err := net.ListenTCP("tcp", tcpAddr) checkError(err) for { conn, err := listener.Accept() if err != nil { continue } handleClient(conn) conn.Close() } } func handleClient(conn net.Conn) { var buf [512]byte for { n, err := conn.Read(buf[0:]) if err != nil { return } rAddr := conn.RemoteAddr() fmt.Println("Receive from client", rAddr.String(), string(buf[0:n])) _, err2 := conn.Write([]byte("Welcome client")) if err2 != nil { return } } } func checkError(err error) { if err != nil { fmt.Fprintf(os.Stderr, "Fatal error %s", err.Error()) os.Exit(1) } }
TCP 客户机设计
在 TCP 网络编程中,客户机的工作过程如下:1) TCP 客户机在获取了服务器的服务端口号和服务地址之后,可以调用 DialTCP() 函数向服务器发出连接请求,如果请求成功会返回 TCPConn 对象。
2) 客户机调用 TCPConn 对象的 Read() 或 Write() 方法,与服务器进行通信活动。
3) 通信完成后,客户机调用 Close() 方法关闭连接,断开通信链路。
DialTCP() 函数原型定义如下:
Func DialTCP(net string, laddr, raddr *TCPAddr) (*TCPConn, error)
在调用函数 DialTCP() 时,参数 net 是网络协议名,可以是“tcp”、“tcp4”或“tcp6”。参数 laddr 是本地主机地址,可以设为 nil。参数 raddr 是对方主机地址,必须指定不能省略。函数调用成功后,返回 TCPConn 对象;调用失败,返回一个错误类型。方法 Close() 的原型定义如下:
func (c *TCPConn) Close() error
该方法调用成功后,关闭 TCPConn 连接;调用失败,返回一个错误类型。【示例 3】TCP Client 端设计,客户机通过内部测试地址“127.0.0.1”和端口 5000 和服务器建立通信连接。
// TCP Client端设计 package main import( "fmt" "net" "os" ) func main() { var buf [512]byte if len(os.Args) != 2 { fmt.Fprintf(os.Stderr, "Usage: %s host:port", os.Args[0]) } service := os.Args[1] tcpAddr, err := net.ResolveTCPAddr("tcp", service) checkError(err) conn, err := net.DialTCP("tcp", nil, tcpAddr) checkError(err) rAddr := conn.RemoteAddr() n, err := conn.Write([]byte("Hello server")) checkError(err) n, err = conn.Read(buf[0:]) checkError(err) fmt.Println("Reply form server", rAddr.String(), string(buf[0:n])) conn.Close() os.Exit(0) } func checkError(err error) { if err != nil { fmt.Fprintf(os.Stderr, "Fatal error: %s", err.Error()) os.Exit(1) } }编译并运行服务器端和客户端,测试过程如下:
启动服务器:go run .\main.go
客户机连接:go run .\client.go 127.0.0.1:5000
服务器响应:Receive from client 127.0.0.1:50813 Hello server
客户机接收:Reply form server 127.0.0.1:5000 Welcome client
使用 Goroutine 实现并发服务器
前面的讲解中服务器设计采用循环服务器设计模式,这种服务器设计简单但缺陷明显。因为这种服务器一旦启动,就一直阻塞监听客户机的连接请求,直至服务器关闭。所以,循环服务器很耗费系统资源。解决问题的方法是采用并发服务器模式,在这种模式中,对每一个客户机的连接请求,服务器都会创建一个新的进程、线程或者协程进行响应,而服务器还可以去处理其他任务。Goroutine 即协程是一种比线程更轻量级的任务单位,所以这里就使用 Goroutine 来实现并发服务器的设计。
【示例 4】并发服务器设计,服务器使用本地地址,服务端口号为 5000。服务器设计工作模式采用并发服务器模式,对每一个连接请求创建一个能调用 handleClient() 函数的 Goroutine 来处理。
// TCP Server 端设计 package main import( "fmt" "net" "os" ) func main() { service := ":5000" tcpAddr, err := net.ResolveTCPAddr("tcp", service) checkError(err) listener, err := net.ListenTCP("tcp", tcpAddr) checkError(err) for { conn, err := listener.Accept() if err != nil { continue } go handleClient(conn) //创建 Goroutine } } func handleClient(conn net.Conn) { defer conn.Close() //逆序调用 Close() 保证连接能正常关闭 var buf [512]byte for { n, err := conn.Read(buf[0:]) if err != nil { return } rAddr := conn.RemoteAddr() fmt.Println("Receive from client", rAddr.String(), string(buf[0:n])) _, err2 := conn.Write([]byte("Welcome client")) if err2 != nil { return } } } func checkError(err error) { if err != nil { fmt.Fprintf(os.Stderr, "Fatal error %s", err.Error()) os.Exit(1) } }编译并运行服务器端和客户端,测试过程如下、:
启动服务器:go run .\main.go
客户机连接:go run .\client.go 127.0.0.1:5000
服务器响应:Receive from client 127.0.0.1:51369 Hello server
客户机接收:Reply form server 127.0.0.1:5000 Welcome client
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