這篇開始講網(wǎng)絡(luò)編程。不過網(wǎng)絡(luò)編程的內(nèi)容過于龐大，這里主要講socket。而socket可以講的東西也太多了，因此，這里只圍繞Go語言介紹一些它的基礎(chǔ)知識(shí)。
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所謂socket，是一種IPC（Inter-Process Communication）方法，可以被翻譯為進(jìn)程間通信。顧名思義，IPC這個(gè)概念（或者說規(guī)范）主要定義的是多個(gè)進(jìn)程之間，相互通信的方法。這些方法主要包括：
現(xiàn)存的主要操作系統(tǒng)大都對(duì)IPC提供了強(qiáng)有力的支持，尤其是socket。
socket，常被稱作套接字，它是網(wǎng)絡(luò)編程世界中最為核心的知識(shí)之一。
毫不夸張的說，在眾多IPC方法中，socket是最為通用和靈活的一種。與其他的IPC方法不同，利用socket進(jìn)行通信的進(jìn)程，可以不局限在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)當(dāng)中。通信雙方只要能夠通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)，就可以使用socket。
支持socket的操作系統(tǒng)一般都會(huì)對(duì)外提供一套API。跑在它們之上的應(yīng)用程序，利用這套API就可以與互聯(lián)網(wǎng)上的另一臺(tái)計(jì)算機(jī)中的程序、同一臺(tái)計(jì)算機(jī)中的其他程序，甚至同一個(gè)程序中的其他線程進(jìn)行通信。例如，在Linux操作系統(tǒng)中，用于創(chuàng)建socket實(shí)例的API，就是由一個(gè)名為socket的系統(tǒng)調(diào)用代表的。這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用是Linux內(nèi)核的一部分。所謂的系統(tǒng)調(diào)用，你可以理解為特殊的C語言函數(shù)。它們是連接應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)內(nèi)核的橋梁，也是應(yīng)用程序使用操作系統(tǒng)功能的唯一渠道。
在Go語言標(biāo)準(zhǔn)庫的syscall包中，有一個(gè)與這個(gè)socket系統(tǒng)調(diào)用相對(duì)應(yīng)的函數(shù)。這兩者的函數(shù)簽名是基本一致的，它們都會(huì)接受三個(gè)int類型的參數(shù)，并會(huì)返回一個(gè)可以代表文件描述符的結(jié)果。但不同的是，syscall包中的Socket函數(shù)本身是平臺(tái)不相關(guān)的。在其底層，Go語言為它支持的每個(gè)操作系統(tǒng)都做了適配，這樣這個(gè)函數(shù)無論在哪個(gè)平臺(tái)上，總是有效的。
在syscall.Socket函數(shù)中的三個(gè)參數(shù)分別是：
下面，通過這3個(gè)參數(shù)來了解一下socket的基礎(chǔ)知識(shí)。
Socket的通信域主要有3種，分別對(duì)應(yīng)syscall包中的一個(gè)常量：
關(guān)于IPv4和IPv6就不講了，Unix域簡(jiǎn)單提一下。
Unix域，指的是一種類Unix操作系統(tǒng)中特有的通信域。在裝有此類操作系統(tǒng)的同一臺(tái)計(jì)算機(jī)中，應(yīng)用程序可以基于此域建立socket連接。
Socket的類型一個(gè)有4種，在syscall包中有同名的常量對(duì)應(yīng)：
上面的4種類型，前兩個(gè)更加常用。
UDP
SOCK_DGRA中的DGRAM就是datagram，即數(shù)據(jù)報(bào)文。它是一種有消息邊界但沒有邏輯連接的非可靠socket類型，UDP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信就是這類。
有消息邊界的意思是，與socket相關(guān)的操作系統(tǒng)內(nèi)核中的程序，即內(nèi)核程序，在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的時(shí)候是以消息為單位的。這里可以把消息理解為帶有固定邊界的一段數(shù)據(jù)。內(nèi)核程序可以自動(dòng)的識(shí)別和維護(hù)這種邊界。在必要的時(shí)候，把數(shù)據(jù)切割成一個(gè)一個(gè)的消息，或者把多個(gè)消息串接成連續(xù)的數(shù)據(jù)。這樣，應(yīng)用程序值需要面向消息進(jìn)行處理就可以了。
只要應(yīng)用程序指定好對(duì)方的網(wǎng)絡(luò)地址，內(nèi)核程序就可以立即把數(shù)據(jù)報(bào)文發(fā)送出去。這有優(yōu)勢(shì)也有劣勢(shì)。優(yōu)勢(shì)是，發(fā)送速度快，不長(zhǎng)期占用網(wǎng)絡(luò)資源，并且每次發(fā)送都可以指定不同的網(wǎng)絡(luò)地址。最后一條既是優(yōu)勢(shì)也是劣勢(shì)，因?yàn)檫@會(huì)使數(shù)據(jù)報(bào)文更長(zhǎng)。其他劣勢(shì)還有，無法保證傳輸?shù)目煽啃?，不能?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有序性，以及數(shù)據(jù)只能單向進(jìn)行傳輸。
TCP
SOCK_STREAM類型，是沒有消息邊界但有邏輯連接，能夠保證傳輸?shù)目煽啃院蛿?shù)據(jù)的有序性，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。TCP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信就是這類。
有邏輯連接是指，通信雙方在收發(fā)數(shù)據(jù)之前必須先建立網(wǎng)絡(luò)連接。等連接建立好之后，雙方就可以一對(duì)一的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸了。
這樣的網(wǎng)絡(luò)通信傳輸數(shù)據(jù)的形式是字節(jié)流，而不是數(shù)據(jù)報(bào)文。字節(jié)流是以字節(jié)為單位的。內(nèi)核程序無法感知一段字節(jié)流中包含了多少個(gè)消息，以及這些消息是否完整，這完全需要應(yīng)用程序自己來把控。不過，此類網(wǎng)絡(luò)通信中的一段，總會(huì)忠實(shí)的按照另一端發(fā)送數(shù)據(jù)是的字節(jié)排列順序，接收和緩存它們。所以，應(yīng)用程序需要根據(jù)雙方的約定去數(shù)據(jù)中查找消息邊界，并按照邊界切割數(shù)據(jù)。
通常只要明確指定了前兩個(gè)參數(shù)值，就無需在去確定這里的使用協(xié)議了，一般把它置為0就可以了。這時(shí)，內(nèi)核程序會(huì)自行選擇最合適的協(xié)議。
重慶分公司
重慶分公司
package main
import (
"fmt"
"os"
"syscall"
)
func main() {
fd, err := syscall.Socket(syscall.AF_INET, syscall.SOCK_STREAM, syscall.IPPROTO_TCP)
if err != nil {
fmt.Fprintf(os.Stderr, "ERROR: %v\n", err)
return
}
defer syscall.Close(fd)
fmt.Println("socket的文件描述符:", fd)
// 之后就省略了，要使用syscall包來建立網(wǎng)絡(luò)連接，過程太繁瑣
}這個(gè)代碼包的使用太底層，通常也不需要我們直接使用。Go語言的net包中的很多程序?qū)嶓w，都會(huì)直接或間接的使用到syscall.Socket函數(shù)，并且無需給定細(xì)致的參數(shù)。但是，在使用這些API的時(shí)候，現(xiàn)在我們就應(yīng)該知道上面這些基礎(chǔ)知識(shí)了。
net.Dial函數(shù)會(huì)接受兩個(gè)參數(shù)，network和address，具體看下面：
func Dial(network, address string) (Conn, error) {
var d Dialer
return d.Dial(network, address)
}參數(shù)network常用的可選值一共有9個(gè)，這些值分別代表了程序底層創(chuàng)建的socket實(shí)例可使用的不同通信協(xié)議：
對(duì)于http請(qǐng)求，在標(biāo)準(zhǔn)庫里還有更高級(jí)的封裝，不過http本質(zhì)上也是socket，這里展示用net包發(fā)送請(qǐng)求的示例：
package main
import (
"fmt"
"io"
"net"
"os"
)
func main() {
conn, err := net.Dial("tcp", "baidu.com:80")
if err != nil {
fmt.Fprintf(os.Stderr, "ERROR: %v\n", err)
return
}
defer conn.Close()
reqStr := "HEAD / HTTP/1.1\r\n" + // HEAD請(qǐng)求，只返回請(qǐng)求頭
"Host: baidu.com\r\n" +
"Connection: close\r\n" + // 返回后，服務(wù)器會(huì)斷開連接，默認(rèn)是keep-alive
"\r\n" // 請(qǐng)求頭結(jié)束
_, err = io.WriteString(conn, reqStr)
if err != nil {
fmt.Fprintf(os.Stderr, "ERROR: %v\n", err)
return
}
buf := make([]byte, 1024)
for {
n, err := conn.Read(buf)
fmt.Println(string(buf[:n]))
if err != nil {
if err == io.EOF {
fmt.Println("END")
break
} else {
fmt.Fprintf(os.Stderr, "ERROR: %v\n", err)
}
}
}
}如果是https的請(qǐng)求，還需要借助crypto/tls包，而調(diào)用起來基本是一樣的：
package main
import (
"crypto/tls"
"fmt"
"io"
"os"
)
func main() {
tlsConf := &tls.Config{
InsecureSkipVerify: true,
MinVersion: tls.VersionTLS10,
}
conn, err := tls.Dial("tcp", "gitee.com:443", tlsConf)
if err != nil {
fmt.Fprintf(os.Stderr, "ERROR: %v\n", err)
return
}
defer conn.Close()
reqStr := "HEAD / HTTP/1.1\r\n" + // HEAD請(qǐng)求，只返回請(qǐng)求頭
"Host: gitee.com\r\n" +
"Connection: close\r\n" + // 返回后，服務(wù)器會(huì)斷開連接，默認(rèn)是keep-alive
"\r\n" // 請(qǐng)求頭結(jié)束
_, err = io.WriteString(conn, reqStr)
if err != nil {
fmt.Fprintf(os.Stderr, "ERROR: %v\n", err)
return
}
buf := make([]byte, 1024)
for {
n, err := conn.Read(buf)
fmt.Println(string(buf[:n]))
if err != nil {
if err == io.EOF {
fmt.Println("END")
break
} else {
fmt.Fprintf(os.Stderr, "ERROR: %v\n", err)
}
}
}
}net.DialTimeout函數(shù)和net.Dial函數(shù)相比，多接受了一個(gè)參數(shù)timeout。而底層實(shí)現(xiàn)可以看到是一樣的，只是對(duì)Dialer結(jié)構(gòu)體的Timeout字段進(jìn)行了設(shè)置，而在net.Dial函數(shù)里結(jié)構(gòu)體都是默認(rèn)值：
func DialTimeout(network, address string, timeout time.Duration) (Conn, error) {
d := Dialer{Timeout: timeout}
return d.Dial(network, address)
}這里的超時(shí)時(shí)間，出函數(shù)為網(wǎng)絡(luò)連接建立完成而等待的最長(zhǎng)時(shí)間。
開始的時(shí)間點(diǎn)幾乎是調(diào)用net.DialTimeout函數(shù)的那一刻。在這之后，時(shí)間會(huì)主要花費(fèi)在解析參數(shù)的network值和address值，以及創(chuàng)建socket實(shí)例并建立網(wǎng)絡(luò)連接這兩件事情上。如果超時(shí)了而網(wǎng)絡(luò)連接還沒有建立完成，該函數(shù)就會(huì)返回一個(gè)I/O操作超時(shí)的錯(cuò)誤值。
在解析address的值的時(shí)候，函數(shù)會(huì)確定網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的IP地址、端口號(hào)等必要信息，并在需要的時(shí)候訪問DNS服務(wù)。另外，如果解析出的IP地址有多個(gè)，函數(shù)會(huì)串行或并行的嘗試建立連接。無論用什么方式嘗試，函數(shù)總會(huì)以最先建立成功的那個(gè)連接為準(zhǔn)。同時(shí)還會(huì)根據(jù)超時(shí)時(shí)間的剩余時(shí)間去設(shè)定對(duì)每次連接嘗試的超時(shí)時(shí)間。
找一個(gè)國外的網(wǎng)站，或者干脆找一個(gè)連不上的地址，看下超時(shí)時(shí)間的作用：
package main
import (
"fmt"
"net"
"os"
"time"
)
func main() {
tStart := time.Now()
conn, err := net.DialTimeout("tcp", "godoc.org:80", time.Second * 10)
tEnd := time.Now()
fmt.Println("連接持續(xù)時(shí)間:", time.Duration(tEnd.Sub(tStart)))
if err != nil {
fmt.Fprintf(os.Stderr, "ERROR: %v\n", err)
return
}
defer conn.Close()
fmt.Println("本地連接地址:", conn.LocalAddr())
fmt.Println("對(duì)端連接地址:", conn.RemoteAddr())
}
