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在 Go 中实现一个支持并发的 TCP 服务端
开发 后端
在这篇文章中,我将介绍如何使用 Go 语言 开发一个用于返回随机数、支持并发的 TCP 服务端。对于每一个来自 TCP 客户端的连接,它都会启动一个新的 goroutine(轻量级线程)来处理相应的请求。


仅用大约 65 行代码,开发一个用于生成随机数、支持并发的 TCP 服务端。


TCP 和 UDP 服务端随处可见,它们基于 TCP/IP 协议栈,通过网络为客户端提供服务。在这篇文章中,我将介绍如何使用 ​​Go 语言​​ 开发一个用于返回随机数、支持并发的 TCP 服务端。对于每一个来自 TCP 客户端的连接,它都会启动一个新的 goroutine(轻量级线程)来处理相应的请求。

你可以在 GitHub 上找到本项目的源码:​​concTcp.go​​。

处理 TCP 连接

这个程序的主要逻辑在 ​​handleConnection()​​ 函数中,具体实现如下:

func handleConnection(c net.Conn) {
        fmt.Printf("Serving %s\n", c.RemoteAddr().String())
        for {
                netData, err := bufio.NewReader(c).ReadString('\n')
                if err != nil {
                        fmt.Println(err)
                        return
                }

                temp := strings.TrimSpace(string(netData))
                if temp == "STOP" {
                        break
                }

                result := strconv.Itoa(random()) + "\n"
                c.Write([]byte(string(result)))
        }
        c.Close()
}

如果 TCP 客户端发送了一个 “STOP” 字符串,为它提供服务的 goroutine 就会终止;否则,TCP 服务端就会返回一个随机数给它。只要客户端不主动终止,服务端就会一直提供服务,这是由 ​​for​​ 循环保证的。具体来说,​​for​​ 循环中的代码使用了 ​​bufio.NewReader(c).ReadString('\n')​​ 来逐行读取客户端发来的数据,并使用 ​​c.Write([]byte(string(result)))​​ 来返回数据(生成的随机数)。你可以在 Go 的 net 标准包 ​​文档​​ 中了解更多。

支持并发

在 ​​main()​​ 函数的实现部分,每当 TCP 服务端收到 TCP 客户端的连接请求,它都会启动一个新的 goroutine 来为这个请求提供服务。

func main() {
        arguments := os.Args
        if len(arguments) == 1 {
                fmt.Println("Please provide a port number!")
                return
        }

        PORT := ":" + arguments[1]
        l, err := net.Listen("tcp4", PORT)
        if err != nil {
                fmt.Println(err)
                return
        }
        defer l.Close()
        rand.Seed(time.Now().Unix())

        for {
                c, err := l.Accept()
                if err != nil {
                        fmt.Println(err)
                        return
                }
                go handleConnection(c)
        }
}

首先,​​main()​​ 确保程序至少有一个命令行参数。注意,现有代码并没有检查这个参数是否为有效的 TCP 端口号。不过,如果它是一个无效的 TCP 端口号,​​net.Listen()​​ 就会调用失败,并返回一个错误信息,类似下面这样:

$ go run concTCP.go 12a
listen tcp4: lookup tcp4/12a: nodename nor servname provided, or not known
$ go run concTCP.go -10
listen tcp4: address -10: invalid port

​net.Listen()​​ 函数用于告诉 Go 接受网络连接,因而承担了服务端的角色。它的返回值类型是 ​​net.Conn​​,后者实现了 ​​io.Reader​​ 和 ​​io.Writer​​ 接口。此外,​​main()​​ 函数中还调用了 ​​rand.Seed()​​ 函数,用于初始化随机数生成器。最后,​​for​​ 循环允许程序一直使用 ​​Accept()​​ 函数来接受 TCP 客户端的连接请求,并以 goroutine 的方式来运行 ​​handleConnection(c)​​ 函数,处理客户端的后续请求。

net.Listen() 的第一个参数

​net.Listen()​​ 函数的第一个参数定义了使用的网络类型,而第二个参数定义了服务端监听的地址和端口号。第一个参数的有效值为 ​​tcp​​、​​tcp4​​、​​tcp6​​、​​udp​​、​​udp4​​、​​udp6​​、​​ip​​、​​ip4​​、​​ip6​​、​​Unix​​(Unix 套接字)、​​Unixgram​​ 和 ​​Unixpacket​​,其中:​​tcp4​​、​​udp4​​ 和 ​​ip4​​ 只接受 IPv4 地址,而 ​​tcp6​​、​​udp6​​ 和 ​​ip6​​ 只接受 IPv6 地址。

服务端并发测试

​concTCP.go​​ 需要一个命令行参数,来指定监听的端口号。当它开始服务 TCP 客户端时,你会得到类似下面的输出:

$ go run concTCP.go 8001
Serving 127.0.0.1:62554
Serving 127.0.0.1:62556

​netstat​​ 的输出可以确认 ​​congTCP.go​​ 正在为多个 TCP 客户端提供服务,并且仍在继续监听建立连接的请求:

$ netstat -anp TCP | grep 8001
tcp4       0      0  127.0.0.1.8001         127.0.0.1.62556        ESTABLISHED
tcp4       0      0  127.0.0.1.62556        127.0.0.1.8001         ESTABLISHED
tcp4       0      0  127.0.0.1.8001         127.0.0.1.62554        ESTABLISHED
tcp4       0      0  127.0.0.1.62554        127.0.0.1.8001         ESTABLISHED
tcp4       0      0  *.8001                 *.*                    LISTEN

在上面输出中,最后一行显示了有一个进程正在监听 8001 端口,这意味着你可以继续连接 TCP 的 8001 端口。第一行和第二行显示了有一个已建立的 TCP 网络连接,它占用了 8001 和 62556 端口。相似地,第三行和第四行显示了有另一个已建立的 TCP 连接,它占用了 8001 和 62554 端口。

下面这张图片显示了 ​​concTCP.go​​ 在服务多个 TCP 客户端时的输出:

concTCP.go TCP 服务端测试

类似地,下面这张图片显示了两个 TCP 客户端的输出(使用了 ​​nc​​ 工具):

是用 nc 工具作为 concTCP.go 的 TCP 客户端

你可以在 ​​维基百科​​ 上找到更多关于 ​​nc​​(即 ​​netcat​​)的信息。

总结

现在,你学会了如何用大约 65 行 Go 代码来开发一个生成随机数、支持并发的 TCP 服务端,这真是太棒了!如果你想要让你的 TCP 服务端执行别的任务,只需要修改 ​​handleConnection()​​ 函数即可。

责任编辑:庞桂玉 来源: Linux中国
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