15.1 tcp 服务器

这部分我们将使用 TCP 协议和在 14 章讲到的协程范式编写一个简单的客户端-服务器应用，一个 (web) 服务器应用需要响应众多客户端的并发请求：Go 会为每一个客户端产生一个协程用来处理请求。我们需要使用 net 包中网络通信的功能。它包含了处理 TCP/IP 以及 UDP 协议、域名解析等方法。

服务器端代码是一个单独的文件：

示例 15.1 server.go

package main

import (
    "fmt"
    "net"
)

func main() {
    fmt.Println("Starting the server ...")
    // 创建 listener
    listener, err := net.Listen("tcp", "localhost:50000")
    if err != nil {
        fmt.Println("Error listening", err.Error())
        return //终止程序
    }
    // 监听并接受来自客户端的连接
    for {
        conn, err := listener.Accept()
        if err != nil {
            fmt.Println("Error accepting", err.Error())
            return // 终止程序
        }
        go doServerStuff(conn)
    }
}

func doServerStuff(conn net.Conn) {
    for {
        buf := make([]byte, 512)
        len, err := conn.Read(buf)
        if err != nil {
            fmt.Println("Error reading", err.Error())
            return //终止程序
        }
        fmt.Printf("Received data: %v", string(buf[:len]))
    }
}

在 main() 中创建了一个 net.Listener 类型的变量 listener，他实现了服务器的基本功能：用来监听和接收来自客户端的请求（基于 TCP 协议下，位于 IP 地址为 127.0.0.1、端口为 50000 的 localhost）。Listen() 函数可以返回一个 error 类型的错误变量。用一个无限 for 循环的 listener.Accept() 来等待客户端的请求。客户端的请求将产生一个 net.Conn 类型的连接变量。然后一个独立的协程使用这个连接执行 doServerStuff()，开始使用一个 512 字节的缓冲 data 来读取客户端发送来的数据，并且把它们打印到服务器的终端，len() 获取客户端发送的数据字节数；当客户端发送的所有数据都被读取完成时，协程就结束了。这段程序会为每一个客户端连接创建一个独立的协程。必须先运行服务器代码，再运行客户端代码。

客户端代码写在另一个文件 client.go 中：

示例 15.2 client.go

package main

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

func main() {
    //打开连接:
    conn, err := net.Dial("tcp", "localhost:50000")
    if err != nil {
        //由于目标计算机积极拒绝而无法创建连接
        fmt.Println("Error dialing", err.Error())
        return // 终止程序
    }

    inputReader := bufio.NewReader(os.Stdin)
    fmt.Println("First, what is your name?")
    clientName, _ := inputReader.ReadString('n')
    // fmt.Printf("CLIENTNAME %s", clientName)
    trimmedClient := strings.Trim(clientName, "rn") // Windows 平台下用 "rn"，Linux平台下使用 "n"
    // 给服务器发送信息直到程序退出：
    for {
        fmt.Println("What to send to the server? Type Q to quit.")
        input, _ := inputReader.ReadString('n')
        trimmedInput := strings.Trim(input, "rn")
        // fmt.Printf("input:--%s--", input)
        // fmt.Printf("trimmedInput:--%s--", trimmedInput)
        if trimmedInput == "Q" {
            return
        }
        _, err = conn.Write([]byte(trimmedClient + " says: " + trimmedInput))
    }
}

客户端通过 net.Dial() 创建了一个和服务器之间的连接。

它通过无限循环从 os.Stdin 接收来自键盘的输入，直到输入了“Q”。注意裁剪 r 和 n 字符（仅 Windows 平台需要）。裁剪后的输入被 connection 的 Write() 方法发送到服务器。

当然，服务器必须先启动好，如果服务器并未开始监听，客户端是无法成功连接的。

如果在服务器没有开始监听的情况下运行客户端程序，客户端会停止并打印出以下错误信息：

dial tcp [::1]:xxxx: connectex: No connection could be made because the target machine actively refused it.

打开命令提示符并转到服务器和客户端代码所在的目录，输入 go run server.go，接下来控制台出现以下信息：Starting the server ...

在 Windows 系统中，我们可以通过 CTRL+C 停止程序。

然后开启 2 个或者 3 个独立的控制台窗口，分别启动客户端程序

以下是服务器的输出：

Starting the Server ...
Received data: IVO says: Hi Server, what's up ?
Received data: CHRIS says: Are you busy server ?
Received data: MARC says: Don't forget our appointment tomorrow !

当客户端输入“Q”并结束程序时，服务器会输出以下信息：

Error reading WSARecv tcp 127.0.0.1:50000: The specified network name is no longer available.

在网络编程中 net.Dial() 函数是非常重要的，一旦你连接到远程系统，函数就会返回一个 Conn 类型的接口，我们可以用它发送和接收数据。Dial() 函数简洁地抽象了网络层和传输层。所以不管是 IPv4 还是 IPv6，TCP 或者 UDP 都可以使用这个公用接口。

以下示例先使用 TCP 协议连接远程 80 端口，然后使用 UDP 协议连接，最后使用 TCP 协议连接 IPv6 地址：

示例 15.3 dial.go

// make a connection with www.example.org:
package main

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

func main() {
    conn, err := net.Dial("tcp", "192.0.32.10:80") // tcp ipv4
    checkConnection(conn, err)
    conn, err = net.Dial("udp", "192.0.32.10:80") // udp
    checkConnection(conn, err)
    conn, err = net.Dial("tcp", "[2620:0:2d0:200::10]:80") // tcp ipv6
    checkConnection(conn, err)
}
func checkConnection(conn net.Conn, err error) {
    if err != nil {
        fmt.Printf("error %v connecting!", err)
        os.Exit(1)
    }
    fmt.Printf("Connection is made with %vn", conn)
}

下边也是一个使用 net 包从 socket 中打开，写入，读取数据的例子：

示例 15.4 socket.go

package main

import (
    "fmt"
    "io"
    "net"
)

func main() {
    var (
        host          = "www.apache.org"
        port          = "80"
        remote        = host + ":" + port
        msg    string = "GET / n"
        data          = make([]uint8, 4096)
        read          = true
        count         = 0
    )
    // 创建一个 socket
    con, err := net.Dial("tcp", remote)
    // 发送我们的消息，一个 http GET 请求
    io.WriteString(con, msg)
    // 读取服务器的响应
    for read {
        count, err = con.Read(data)
        read = (err == nil)
        fmt.Printf(string(data[0:count]))
    }
    con.Close()
}

练习 15.1

编写新版本的客户端和服务器 (client1.go / server1.go)：

• 增加一个检查错误的函数 checkError(error)；讨论如下方案的利弊：为什么这个重构可能并没有那么理想？看看在 示例 15.14 中它是如何被解决的
• 使客户端可以通过发送一条命令 SH 来关闭服务器
• 让服务器可以保存已经连接的客户端列表（他们的名字）；当客户端发送 WHO 指令的时候，服务器将显示如下列表：

This is the client list: 1:active, 0=inactive
User IVO is 1
User MARC is 1
User CHRIS is 1

注意：当服务器运行的时候，你无法编译/连接同一个目录下的源码来产生一个新的版本，因为 server.exe 正在被操作系统使用而无法被替换成新的版本。

下边这个版本的 simple_tcp_server.go 从很多方面优化了第一个 tcp 服务器的示例 server.go 并且拥有更好的结构，它只用了 80 行代码！

示例 15.5 simple_tcp_server.go：

// Simple multi-thread/multi-core TCP server.
package main

import (
    "flag"
    "fmt"
    "net"
    "os"
)

const maxRead = 25

func main() {
    flag.Parse()
    if flag.NArg() != 2 {
        panic("usage: host port")
    }
    hostAndPort := fmt.Sprintf("%s:%s", flag.Arg(0), flag.Arg(1))
    listener := initServer(hostAndPort)
    for {
        conn, err := listener.Accept()
        checkError(err, "Accept: ")
        go connectionHandler(conn)
    }
}

func initServer(hostAndPort string) *net.TCPListener {
    serverAddr, err := net.ResolveTCPAddr("tcp", hostAndPort)
    checkError(err, "Resolving address:port failed: '"+hostAndPort+"'")
    listener, err := net.ListenTCP("tcp", serverAddr)
    checkError(err, "ListenTCP: ")
    println("Listening to: ", listener.Addr().String())
    return listener
}

func connectionHandler(conn net.Conn) {
    connFrom := conn.RemoteAddr().String()
    println("Connection from: ", connFrom)
    sayHello(conn)
    for {
        var ibuf []byte = make([]byte, maxRead+1)
        length, err := conn.Read(ibuf[0:maxRead])
        ibuf[maxRead] = 0 // to prevent overflow
        switch err {
        case nil:
            handleMsg(length, err, ibuf)
        case os.EAGAIN: // try again
            continue
        default:
            goto DISCONNECT
        }
    }
DISCONNECT:
    err := conn.Close()
    println("Closed connection: ", connFrom)
    checkError(err, "Close: ")
}

func sayHello(to net.Conn) {
    obuf := []byte{'L', 'e', 't', ''', 's', ' ', 'G', 'O', '!', 'n'}
    wrote, err := to.Write(obuf)
    checkError(err, "Write: wrote "+string(wrote)+" bytes.")
}

func handleMsg(length int, err error, msg []byte) {
    if length > 0 {
        print("<", length, ":")
        for i := 0; ; i++ {
            if msg[i] == 0 {
                break
            }
            fmt.Printf("%c", msg[i])
        }
        print(">")
    }
}

func checkError(error error, info string) {
    if error != nil {
        panic("ERROR: " + info + " " + error.Error()) // terminate program
    }
}

（译者注：应该是由于 Go 版本的更新，会提示 os.EAGAIN undefined，修改后的代码：simple_tcp_server_v1.go）

都有哪些改进？

• 服务器地址和端口不再是硬编码，而是通过命令行参数传入，并通过 flag 包来读取这些参数。这里使用了 flag.NArg() 检查是否按照期望传入了 2 个参数：

if flag.NArg() != 2 {
    panic("usage: host port")
}

传入的参数通过 fmt.Sprintf() 函数格式化成字符串

hostAndPort := fmt.Sprintf("%s:%s", flag.Arg(0), flag.Arg(1))

• 在 initServer() 函数中通过 net.ResolveTCPAddr() 得到了服务器地址和端口，这个函数最终返回了一个 *net.TCPListener
• 每一个连接都会以协程的方式运行 connectionHandler() 函数。函数首先通过 conn.RemoteAddr() 获取到客户端的地址并显示出来
• 它使用 conn.Write() 发送 Go 推广消息给客户端
• 它使用一个 25 字节的缓冲读取客户端发送的数据并一一打印出来。如果读取的过程中出现错误，代码会进入 switch 语句 default 分支，退出无限循环并关闭连接。如果是操作系统的 EAGAIN 错误，它会重试。
• 所有的错误检查都被重构在独立的函数 checkError 中，当错误产生时，利用错误上下文来触发 panic。

在命令行中输入 simple_tcp_server localhost 50000 来启动服务器程序，然后在独立的命令行窗口启动一些 client.go 的客户端。当有两个客户端连接的情况下服务器的典型输出如下，这里我们可以看到每个客户端都有自己的地址：

E:GoGoBoekcode exampleschapter 14>simple_tcp_server localhost 50000
Listening to: 127.0.0.1:50000
Connection from: 127.0.0.1:49346
<25:Ivo says: Hi server, do y><12:ou hear me ?>
Connection from: 127.0.0.1:49347
<25:Marc says: Do you remembe><25:r our first meeting serve><2:r?>

net.Error： net 包返回的错误类型遵循惯例为 error，但有些错误实现包含额外的方法，他们被定义为 net.Error 接口：

package net

type Error interface {
    Timeout() bool // 错误是否超时
    Temporary() bool // 是否是临时错误
}

通过类型断言，客户端代码可以测试 net.Error，从而区分是临时发生的还是必然会出现的错误。举例来说，一个网络爬虫程序在遇到临时发生的错误时可能会休眠或者重试，如果是一个必然发生的错误，则他会放弃继续执行。

// in a loop - some function returns an error err
if nerr, ok := err.(net.Error); ok && nerr.Temporary() {
    time.Sleep(1e9)
    continue // try again
}
if err != nil {
    log.Fatal(err)
}