Go语言如何实现TCP通信详解

时间:2023-02-02 yuzhang_zy 人气:0

前言

TCP协议为传输控制协议，TCP协议有以下几个特点：

1. TCP是面向连接的传输层协议；

2. 每条TCP连接只能有两个端点，每条TCP连接是点到点的通信；

3. TCP提供可靠的交付服务，保证传送的数据无差错，不丢失，不重要且有序;

4. TCP提供全双工通信，允许双方在任何时候都能发送数据，为此TCP连接的两端都设有发送缓存和接收缓存，用来临时存放双向通信的数据；

5. TCP是面向字节流的；

发送缓存用来暂存以下数据：

① 发送应用程序传送给发送方TCP准备发送的数据；

② TCP已发送但尚未收到确认的数据；

接收缓存用来暂存以下数据：

① 按序到达但尚未被接收应用程序读取的数据；

② 不按序到达的数据；

因为是面向连接的协议，数据像水流一样传输，会存在黏包问题。

TCP连接

一个TCP服务端可以同时连接很多个客户端，Go语言可以使用go关键字开启goroutine，每建立一个连接就创建一个goroutine，这样可以并发执行每一个创建的连接，tcp服务端主要的处理流程有：1. 监听端口；2. 接收客户端请求创建tcp连接；3. 使用go关键字开启goroutine处理每一个建立的连接，收发数据；4. 关闭连接；tcp客户端主要的处理流程有：1. 建立与服务端的连接；2. 收发数据；3. 关闭连接；关于tcp通信我们一般会使用到bufio，net，strings，os包，其中bufio包主要用来做输入输出数据的缓存，bufio.NewReader()函数可以传递os.Stdin类型(任何实现了io.Reader接口中的read()方法都可以作为参数传递进来，通常是传递一个实现了io.Reader接口中的read()方法的结构体或者是结构体指针)，os.Stdin为标准输入，我们可以接受读取从控制台输入的数据，os.NewReader()函数返回的是一个新的带有4096 byte大小缓冲区的Reader结构体指针类型，通过Reader结构体指针类型我们就可以调用很多的方法，比如可以调用ReadString(delim byte) (string，error)方法，ReadString方法可以一直从标准输入中读取数据，直到遇到指定的终止符号delim，并且读取的内容会包含当前的delim，所以bufio包主要用来对输入和输出的数据进行缓冲；net包主要是连接的监听、创建，以及连接数据的读取和写入（例如tcp，udp等网络编程）等相关工作，tcp服务端中可以使用一个process()函数传递一个net.Conn类型也即*net.TCPConn类型的变量conn（TCPConn结构体实现了Conn接口），*TCPConn类型那么就可以调用很多的方法，因为我们需要从tcp连接中读取客户端或者是服务端发送的数据，所以可以调用*TCPConn类型的read()方法读取tcp连接的数据，然后输出数据即可，服务端可以使用net.Listen()函数监听连接，使用Accept()方法建立tcp连接，客户端则可以使用net.Dial()连接创建的tcp连接，使用conn接口的实现*TCPConn（Dial()方法的返回值就是*TCPConn类型）调用conn的read()方法将读取tcp连接的内容，write()方法将数据写入到tcp连接中；strings包主要是对读取到的数据的字符串形式进行处理，比如去除掉字符串的一些符号等等。

下面的代码需要先运行服务端的代码，再运行客户端的代码：

TCP服务端

package main
 
import (
	"bufio"
	"fmt"
	"net"
	"os"
	"strings"
)
 
// TCP 服务端
func process(conn net.Conn) {
	// 函数执行完之后关闭连接
	defer conn.Close()
	// 输出主函数传递的conn可以发现属于*TCPConn类型, *TCPConn类型那么就可以调用*TCPConn相关类型的方法, 其中可以调用read()方法读取tcp连接中的数据
	fmt.Printf("服务端: %T\n", conn)
	for {
		var buf [128]byte
		// 将tcp连接读取到的数据读取到byte数组中, 返回读取到的byte的数目
		n, err := conn.Read(buf[:])
		if err != nil {
			// 从客户端读取数据的过程中发生错误
			fmt.Println("read from client failed, err:", err)
			break
		}
		recvStr := string(buf[:n])
		fmt.Println("服务端收到客户端发来的数据：", recvStr)
		// 由于是tcp连接所以双方都可以发送数据, 下面接收服务端发送的数据这样客户端也可以收到对应的数据
		inputReader := bufio.NewReader(os.Stdin)
		s, _ := inputReader.ReadString('\n')
		t := strings.Trim(s, "\r\n")
		// 向当前建立的tcp连接发送数据, 客户端就可以收到服务端发送的数据
		conn.Write([]byte(t))
	}
}
 
func main() {
	// 监听当前的tcp连接
	listen, err := net.Listen("tcp", "127.0.0.1:20000")
	fmt.Printf("服务端: %T=====\n", listen)
	if err != nil {
		fmt.Println("listen failed, err:", err)
		return
	}
	for {
		conn, err := listen.Accept() // 建立连接
		fmt.Println("当前建立了tcp连接")
		if err != nil {
			fmt.Println("accept failed, err:", err)
			continue
		}
		// 对于每一个建立的tcp连接使用go关键字开启一个goroutine处理
		go process(conn) 
	}
}

TCP客户端

package main
 
import (
	"bufio"
	"fmt"
	"net"
	"os"
	"strings"
)
 
func main() {
	// 连接到服务端建立的tcp连接
	conn, err := net.Dial("tcp", "127.0.0.1:20000")
	// 输出当前建Dial函数的返回值类型, 属于*net.TCPConn类型
	fmt.Printf("客户端: %T\n", conn)
	if err != nil {
		// 连接的时候出现错误
		fmt.Println("err :", err)
		return
	}
	// 当函数返回的时候关闭连接
	defer conn.Close() 
	// 获取一个标准输入的*Reader结构体指针类型的变量
	inputReader := bufio.NewReader(os.Stdin)
	for {
		// 调用*Reader结构体指针类型的读取方法
		input, _ := inputReader.ReadString('\n') // 读取用户输入
		// 去除掉\r \n符号
		inputInfo := strings.Trim(input, "\r\n")
		// 判断输入的是否是Q, 如果是Q则退出
		if strings.ToUpper(inputInfo) == "Q" { // 如果输入q就退出
			return
		}
		_, err = conn.Write([]byte(inputInfo)) // 发送数据
		if err != nil {
			return
		}
		buf := [512]byte{}
		// 读取服务端发送的数据
		n, err := conn.Read(buf[:])
		if err != nil {
			fmt.Println("recv failed, err:", err)
			return
		}
		fmt.Println("客户端接收服务端发送的数据: ", string(buf[:n]))
	}
}

总结

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