主要内容

1. Tcp编程
2. redis使用

1. Tcp编程

(1)简介

      Golang是谷歌设计开发的语言,在Golang的设计之初就把高并发的性能作为Golang的主要特性之一,也是面向大规模后端服务程序。在服务器端网络通信是必不可少的也是至关重要的一部分。Golang内置的包例如net、net/http中的底层就是对TCP socket方法的封装。

TCP简介:

 Golang是谷歌设计开发的语言,在Golang的设计之初就把高并发的性能作为Golang的主要特性之一,也是面向大规模后端服务程序。在服务器端网络通信是必不可少的也是至关重要的一部分。Golang内置的包例如net、net/http中的底层就是对TCP socket方法的封装。
网络编程方面,我们最常用的就是tcp socket编程了,在posix标准出来后,socket在各大主流OS平台上都得到了很好的支持。关于tcp programming,最好的资料莫过于W. Richard Stevens 的网络编程圣经《UNIX网络 编程 卷1:套接字联网API》 了,书中关于tcp socket接口的各种使用、行为模式、异常处理讲解的十分细致。

TCP简介

      Go是自带runtime的跨平台编程语言,Go中暴露给语言使用者的tcp socket api是建立OS原生tcp socket接口之上的。由于Go runtime调度的需要,golang tcp socket接口在行为特点与异常处理方面与OS原生接口有着一些差别。

(2)模型

      从tcp socket诞生后,网络编程架构模型也几经演化,大致是:“每进程一个连接” –> “每线程一个连接” –> “Non-Block + I/O多路复用(linux epoll/windows iocp/freebsd darwin kqueue/solaris Event Port)”。伴随着模型的演化,服务程序愈加强大,可以支持更多的连接,获得更好的处理性能

目前主流web server一般均采用的都是”Non-Block + I/O多路复用”(有的也结合了多线程、多进程)。不过I/O多路复用也给使用者带来了不小的复杂度,以至于后续出现了许多高性能的I/O多路复用框架, 比如libevent、libev、libuv等,以帮助开发者简化开发复杂性,降低心智负担。不过Go的设计者似乎认为I/O多路复用的这种通过回调机制割裂控制流 的方式依旧复杂,且有悖于“一般逻辑”设计,为此Go语言将该“复杂性”隐藏在Runtime中了:Go开发者无需关注socket是否是 non-block的,也无需亲自注册文件描述符的回调,只需在每个连接对应的goroutine中以“block I/O”的方式对待socket处理即可,这可以说大大降低了开发人员的心智负担。一个典型的Go server端程序大致如下:

 //go-tcpsock/server.go
func HandleConn(conn net.Conn) {
defer conn.Close() for {
// read from the connection
// ... ...
// write to the connection
//... ...
}
} func main() {
listen, err := net.Listen("tcp", ":8888")
if err != nil {
fmt.Println("listen error: ", err)
return
} for {
conn, err := listen.Accept()
if err != nil {
fmt.Println("accept error: ", err)
break
} // start a new goroutine to handle the new connection
go HandleConn(conn)
}
}

Go server编程

     (重点)用户层眼中看到的goroutine中的“block socket”,实际上是通过Go runtime中的netpoller通过Non-block socket + I/O多路复用机制“模拟”出来的,真实的underlying socket实际上是non-block的,只是runtime拦截了底层socket系统调用的错误码,并通过netpoller和goroutine 调度让goroutine“阻塞”在用户层得到的Socket fd上。比如:当用户层针对某个socket fd发起read操作时,如果该socket fd中尚无数据,那么runtime会将该socket fd加入到netpoller中监听,同时对应的goroutine被挂起,直到runtime收到socket fd 数据ready的通知,runtime才会重新唤醒等待在该socket fd上准备read的那个Goroutine。而这个过程从Goroutine的视角来看,就像是read操作一直block在那个socket fd上似的。

关于netpoller可以看下这为博主博客:http://www.opscoder.info/golang_netpoller.html

(3)TCP连接的建立

      众所周知,TCP Socket的连接的建立需要经历客户端和服务端的三次握手的过程。连接建立过程中,服务端是一个标准的Listen + Accept的结构(可参考上面的代码),而在客户端Go语言使用net.Dial()或net.DialTimeout()进行连接建立。

服务端的处理流程: a. 监听端口     b. 接收客户端的链接     c. 创建goroutine,处理该链接

客户端的处理流程: a. 建立与服务端的链接     b. 进行数据收发     c. 关闭链接

通过客户端可服务端实现一个简单的聊天系统?

客户端:

 package main

 import (
"bufio"
"fmt"
"net"
"os"
"strings"
) func main() {
fmt.Println("start client...")
conn, err := net.Dial("tcp", "localhost:50000")
if err != nil {
fmt.Println("Error dialing", err.Error())
return
} defer conn.Close()
inputReader := bufio.NewReader(os.Stdin)
for {
input, _ := inputReader.ReadString('\n')
trimmedInput := strings.Trim(input, "\r\n")
if trimmedInput == "Q" {
return
}
_, err = conn.Write([]byte(trimmedInput))
if err != nil {
return
}
}
}

client.go

服务端:

 package main

 import (
"fmt"
"net"
"io"
)
func main() {
fmt.Println("start server...")
listen, err := net.Listen("tcp", "0.0.0.0:50000")
if err != nil {
fmt.Println("listen failed, err:", err)
return
}
for {
conn, err := listen.Accept()
if err != nil {
fmt.Println("accept failed, err:", err)
continue
}
go process(conn)
}
} func process(conn net.Conn) {
defer conn.Close() for {
buf := make([]byte, )
_, err := conn.Read(buf) if err == io.EOF { //当客户端断开的时候就无法读到数据
fmt.Println("read end")
return
} if err != nil {
fmt.Println("read err:", err)
return
}
fmt.Println("read: ", string(buf))
}
}

server.go

     阻塞Dial:

 conn, err := net.Dial("tcp", "www.baidu.com:80")
if err != nil {
//handle error
}
//read or write on conn

阻塞Dial

      超时机制的Dial:

 conn, err := net.DialTimeout("tcp", "www.baidu.com:80", *time.Second)
if err != nil {
//handle error
}
//read or write on conn

超时Dial

      对于客户端而言,连接的建立会遇到如下几种情形:

  • 网络不可达或对方服务未启动

      如果传给Dial的Addr是可以立即判断出网络不可达,或者Addr中端口对应的服务没有启动,端口未被监听,Dial会几乎立即返回错误,比如:

 package main 

 import (
"net"
"log"
) func main() {
log.Println("begin dial...")
conn, err := net.Dial("tcp", ":8888")
if err != nil {
log.Println("dial error:", err)
return
}
defer conn.Close()
log.Println("dial ok")
}

网络不可达或对方服务未启动

      如果本机8888端口未有服务程序监听,那么执行上面程序,Dial会很快返回错误:

      注:在Centos6.5上测试,下同。

  • 对方服务的listen backlog满 

      还有一种场景就是对方服务器很忙,瞬间有大量client端连接尝试向server建立,server端的listen backlog队列满,server accept不及时((即便不accept,那么在backlog数量范畴里面,connect都会是成功的,因为new conn已经加入到server side的listen queue中了,accept只是从queue中取出一个conn而已),这将导致client端Dial阻塞。我们还是通过例子感受Dial的行为特点:

      服务端代码:

 package main 

 import (
"net"
"log"
"time"
) func main() {
l, err := net.Listen("tcp", ":8888")
if err != nil {
log.Println("error listen:", err)
return
}
defer l.Close()
log.Println("listen ok") var i int
for {
time.Sleep(time.Second * )
if _, err := l.Accept(); err != nil {
log.Println("accept error:", err)
break
}
i++
log.Printf("%d: accept a new connection\n", i)
}
}

server.go

      客户端代码:

 package main 

 import (
"net"
"log"
"time"
) func establishConn(i int) net.Conn {
conn, err := net.Dial("tcp", ":8888")
if err != nil {
log.Printf("%d: dial error: %s", i, err)
return nil
}
log.Println(i, ":connect to server ok")
return conn
} func main() {
var sl []net.Conn for i := ; i < ; i++ {
conn := establishConn(i)
if conn != nil {
sl = append(sl, conn)
}
} time.Sleep(time.Second * )
}

client.go

      经过测试在Client初始时成功地一次性建立了131个连接,然后后续每阻塞近1s才能成功建立一条连接。也就是说在server端 backlog满时(未及时accept),客户端将阻塞在Dial上,直到server端进行一次accept。

      如果server一直不accept,client端会一直阻塞么?我们去掉accept后的结果是:在Darwin下,client端会阻塞大 约1分多钟才会返回timeout。而如果server运行在ubuntu 14.04上,client似乎一直阻塞,我等了10多分钟依旧没有返回。 阻塞与否看来与server端的网络实现和设置有关。

      注:在Centos6.5上测试,发现注释掉server端的accept,client一次建立131个连接后,后面还会每隔1s建立一个链接。

  • 网络延迟较大,Dial阻塞并超时

      如果网络延迟较大,TCP握手过程将更加艰难坎坷(各种丢包),时间消耗的自然也会更长。Dial这时会阻塞,如果长时间依旧无法建立连接,则Dial也会返回“ getsockopt: operation timed out”错误。

      在连接建立阶段,多数情况下,Dial是可以满足需求的,即便阻塞一小会儿。但对于某些程序而言,需要有严格的连接时间限定,如果一定时间内没能成功建立连接,程序可能会需要执行一段“异常”处理逻辑,为此我们就需要DialTimeout了。下面的例子将Dial的最长阻塞时间限制在2s内,超出这个时长,Dial将返回timeout error:

 package main 

 import (
"net"
"log"
"time"
) func main() {
log.Println("begin dial...")
conn, err := net.DialTimeout("tcp", "192.168.30.134:8888", *time.Second)
if err != nil {
log.Println("dial error:", err)
return
}
defer conn.Close()
log.Println("dial ok")
}

client_timeout.go

      执行结果如下,需要模拟一个网络延迟大的环境:

 $go run client_timeout.go
// :: begin dial...
// :: dial error: dial tcp 104.236.176.96:: i/o timeout

(4)Socket读写

      连接建立起来后,我们就要在conn上进行读写,以完成业务逻辑。前面说过Go runtime隐藏了I/O多路复用的复杂性。语言使用者只需采用goroutine+Block I/O的模式即可满足大部分场景需求。Dial成功后,方法返回一个Conn接口类型变量值。

      客户端Dial建立连接:

func Dial(network, address string) (Conn, error)
 type Conn interface {
// Read reads data from the connection.
// Read can be made to time out and return an Error with Timeout() == true
// after a fixed time limit; see SetDeadline and SetReadDeadline.
Read(b []byte) (n int, err error) // Write writes data to the connection.
// Write can be made to time out and return an Error with Timeout() == true
// after a fixed time limit; see SetDeadline and SetWriteDeadline.
Write(b []byte) (n int, err error) // Close closes the connection.
// Any blocked Read or Write operations will be unblocked and return errors.
Close() error // LocalAddr returns the local network address.
LocalAddr() Addr // RemoteAddr returns the remote network address.
RemoteAddr() Addr // SetDeadline sets the read and write deadlines associated
// with the connection. It is equivalent to calling both
// SetReadDeadline and SetWriteDeadline.
//
// A deadline is an absolute time after which I/O operations
// fail with a timeout (see type Error) instead of
// blocking. The deadline applies to all future and pending
// I/O, not just the immediately following call to Read or
// Write. After a deadline has been exceeded, the connection
// can be refreshed by setting a deadline in the future.
//
// An idle timeout can be implemented by repeatedly extending
// the deadline after successful Read or Write calls.
//
// A zero value for t means I/O operations will not time out.
SetDeadline(t time.Time) error // SetReadDeadline sets the deadline for future Read calls
// and any currently-blocked Read call.
// A zero value for t means Read will not time out.
SetReadDeadline(t time.Time) error // SetWriteDeadline sets the deadline for future Write calls
// and any currently-blocked Write call.
// Even if write times out, it may return n > 0, indicating that
// some of the data was successfully written.
// A zero value for t means Write will not time out.
SetWriteDeadline(t time.Time) error
}

Conn接口

      服务器端Listen监听客户端连接:

func Listen(network, address string) (Listener, error)
 type Listener interface {
// Accept waits for and returns the next connection to the listener.
Accept() (Conn, error) // Close closes the listener.
// Any blocked Accept operations will be unblocked and return errors.
Close() error // Addr returns the listener's network address.
Addr() Addr
}

Listener 接口

      从Conn接口中有Read,Write,Close等方法。

 1)conn.Read的特点

  • Socket中无数据

      连接建立后,如果对方未发送数据到socket,接收方(Server)会阻塞在Read操作上,这和前面提到的“模型”原理是一致的。执行该Read操作的goroutine也会被挂起。runtime会监视该socket,直到其有数据才会重新调度该socket对应的Goroutine完成read。例子对应的代码文件:go-tcpsock/read_write下的client1.go和server1.go。

 package main

 import (
"log"
"net"
"time"
) func main() {
log.Println("begin dial...")
conn, err := net.Dial("tcp", ":8888")
if err != nil {
log.Println("dial error:", err)
return
}
defer conn.Close()
log.Println("dial ok")
time.Sleep(time.Second * )
}

client1.go

 //server.go

 package main

 import (
"log"
"net"
) func handleConn(c net.Conn) {
defer c.Close()
for {
// read from the connection
var buf = make([]byte, )
log.Println("start to read from conn")
n, err := c.Read(buf)
if err != nil {
log.Println("conn read error:", err)
return
}
log.Printf("read %d bytes, content is %s\n", n, string(buf[:n]))
}
} func main() {
l, err := net.Listen("tcp", ":8888")
if err != nil {
log.Println("listen error:", err)
return
} for {
c, err := l.Accept()
if err != nil {
log.Println("accept error:", err)
break
}
// start a new goroutine to handle
// the new connection.
log.Println("accept a new connection")
go handleConn(c)
}
}

server1.go

  • Socket中有部分数据

      如果socket中有部分数据,且长度小于一次Read操作所期望读出的数据长度,那么Read将会成功读出这部分数据并返回,而不是等待所有期望数据全部读取后再返回。

      客户端:

 //client2.go
package main import (
"fmt"
"log"
"net"
"os"
"time"
) func main() {
if len(os.Args) <= {
fmt.Println("usage: go run client2.go YOUR_CONTENT")
return
}
log.Println("begin dial...")
conn, err := net.Dial("tcp", ":8888")
if err != nil {
log.Println("dial error:", err)
return
}
defer conn.Close()
log.Println("dial ok") time.Sleep(time.Second * )
data := os.Args[]
conn.Write([]byte(data)) time.Sleep(time.Second * )
}

client2.go

      服务端:

 //server2.go
package main import (
"log"
"net"
) func handleConn(c net.Conn) {
defer c.Close()
for {
// read from the connection
var buf = make([]byte, )
log.Println("start to read from conn")
n, err := c.Read(buf)
if err != nil {
log.Println("conn read error:", err)
return
}
log.Printf("read %d bytes, content is %s\n", n, string(buf[:n]))
}
} func main() {
l, err := net.Listen("tcp", ":8888")
if err != nil {
log.Println("listen error:", err)
return
} for {
c, err := l.Accept()
if err != nil {
log.Println("accept error:", err)
break
}
// start a new goroutine to handle
// the new connection.
log.Println("accept a new connection")
go handleConn(c)
}
}

server2.go

      通过client2.go发送”hi”到Server端:

F:\Go\project\src\go_dev\go-tcpsock\read_write>go run client2.go hi
// :: begin dial...
// :: dial ok F:\Go\project\src\go_dev\go-tcpsock\read_write>go run server2.go
// :: accept a new connection
// :: start to read from conn
2019/03/04 22:43:43 read 2 bytes, content is hi
// :: start to read from conn
  • Socket中有足够数据

      如果socket中有数据,且长度大于等于一次Read操作所期望读出的数据长度,那么Read将会成功读出这部分数据并返回。这个情景是最符合我们对Read的期待的了:Read将用Socket中的数据将我们传入的slice填满后返回:n = 10, err = nil。

      执行结果:

F:\Go\project\src\go_dev\go-tcpsock\read_write>go run client2.go abcdefghij123
// :: begin dial...
// :: dial ok F:\Go\project\src\go_dev\go-tcpsock\read_write>go run server2.go
// :: accept a new connection
// :: start to read from conn
2019/03/04 22:50:03 read 10 bytes, content is abcdefghij
// :: start to read from conn
2019/03/04 22:50:03 read 3 bytes, content is 123
// :: start to read from conn

      结果分析: client端发送的内容长度为13个字节,Server端Read buffer的长度为10,因此Server Read第一次返回时只会读取10个字节;Socket中还剩余3个字节数据,Server再次Read时会把剩余数据读出(如:情形2)。

  • Socket关闭

      如果client端主动关闭了socket,那么Server的Read将会读到什么呢?

      这里分为“有数据关闭”和“无数据关闭”:

      有数据关闭是指在client关闭时,socket中还有server端未读取的数据。当client端close socket退出后,server依旧没有开始Read,10s后第一次Read成功读出了所有的数据,当第二次Read时,由于client端 socket关闭,Read返回EOF error。

      客户端:

 //client3.go
package main import (
"fmt"
"log"
"net"
"os"
"time"
) func main() {
if len(os.Args) <= {
fmt.Println("usage: go run client3.go YOUR_CONTENT")
return
}
log.Println("begin dial...")
conn, err := net.Dial("tcp", ":8888")
if err != nil {
log.Println("dial error:", err)
return
}
defer conn.Close()
log.Println("dial ok") time.Sleep(time.Second * )
data := os.Args[]
conn.Write([]byte(data))
}

client3.go

服务端:

 //server3.go

 package main

 import (
"log"
"net"
"time"
) func handleConn(c net.Conn) {
defer c.Close()
for {
// read from the connection
time.Sleep( * time.Second)
var buf = make([]byte, )
log.Println("start to read from conn")
n, err := c.Read(buf)
if err != nil {
log.Println("conn read error:", err)
return
}
log.Printf("read %d bytes, content is %s\n", n, string(buf[:n]))
}
} func main() {
l, err := net.Listen("tcp", ":8888")
if err != nil {
log.Println("listen error:", err)
return
} for {
c, err := l.Accept()
if err != nil {
log.Println("accept error:", err)
break
}
// start a new goroutine to handle
// the new connection.
log.Println("accept a new connection")
go handleConn(c)
}
}

server3.go

      执行结果:

F:\Go\project\src\go_dev\go-tcpsock\read_write>go run client3.go hello
// :: begin dial...
// :: dial ok F:\Go\project\src\go_dev\go-tcpsock\read_write>go run server3.go
// :: accept a new connection
// :: start to read from conn
// :: read bytes, content is hello
// :: start to read from conn
// :: conn read error: EOF

      结果分析:从输出结果来看,当client端close socket退出后,server3依旧没有开始Read,10s后第一次Read成功读出了5个字节的数据,当第二次Read时,由于client端 socket关闭,Read返回EOF error。

      通过上面这个例子,我们也可以猜测出“无数据关闭”情形下的结果,那就是Read直接返回EOF error。

  • 读取操作超时

      有些场合对Read的阻塞时间有严格限制,在这种情况下,Read的行为到底是什么样的呢?在返回超时错误时,是否也同时Read了一部分数据了呢? 这个实验比较难于模拟,下面的测试结果也未必能反映出所有可能结果。

      客户端:

 //client4.go
package main import (
"log"
"net"
"time"
) func main() {
log.Println("begin dial...")
conn, err := net.Dial("tcp", ":8888")
if err != nil {
log.Println("dial error:", err)
return
}
defer conn.Close()
log.Println("dial ok") data := make([]byte, )
conn.Write(data) time.Sleep(time.Second * )
}

client4.go

      服务端:

 //server4.go

 package main

 import (
"log"
"net"
"time"
) func handleConn(c net.Conn) {
defer c.Close()
for {
// read from the connection
time.Sleep( * time.Second)
var buf = make([]byte, )
log.Println("start to read from conn")
//c.SetReadDeadline(time.Now().Add(time.Microsecond * 10))//conn read 0 bytes, error: read tcp 127.0.0.1:8888->127.0.0.1:60763: i/o timeout
c.SetReadDeadline(time.Now().Add(time.Microsecond * ))
n, err := c.Read(buf)
if err != nil {
log.Printf("conn read %d bytes, error: %s", n, err)
if nerr, ok := err.(net.Error); ok && nerr.Timeout() {
continue
}
return
} log.Printf("read %d bytes, content is %s\n", n, string(buf[:n]))
}
} func main() {
l, err := net.Listen("tcp", ":8888")
if err != nil {
log.Println("listen error:", err)
return
} for {
c, err := l.Accept()
if err != nil {
log.Println("accept error:", err)
break
}
// start a new goroutine to handle
// the new connection.
log.Println("accept a new connection")
go handleConn(c)
}
}

server4.go

      在Server端我们通过Conn的SetReadDeadline方法设置了10微秒的读超时时间。

      虽然每次都是10微秒超时,但结果不同,第一次Read超时,读出数据长度为0;第二次读取所有数据成功,没有超时。反复执行了多次,没能出现“读出部分数据且返回超时错误”的情况。

 2)conn.Write的特点

  • 成功写

      前面例子着重于Read,client端在Write时并未判断Write的返回值。所谓“成功写”指的就是Write调用返回的n与预期要写入的数据长度相等,且error = nil。这是我们在调用Write时遇到的最常见的情形,这里不再举例了。

  • 写阻塞

      TCP连接通信两端的OS都会为该连接保留数据缓冲,一端调用Write后,实际上数据是写入到OS的协议栈的数据缓冲的。TCP是全双工通信,因此每个方向都有独立的数据缓冲。当发送方将对方的接收缓冲区以及自身的发送缓冲区写满后,Write就会阻塞。

      客户端:

 //client5.go
package main import (
"log"
"net"
"time"
) func main() {
log.Println("begin dial...")
conn, err := net.Dial("tcp", ":8888")
if err != nil {
log.Println("dial error:", err)
return
}
defer conn.Close()
log.Println("dial ok") data := make([]byte, )
var total int
for {
n, err := conn.Write(data)
if err != nil {
total += n
log.Printf("write %d bytes, error:%s\n", n, err)
break
}
total += n
log.Printf("write %d bytes this time, %d bytes in total\n", n, total)
} log.Printf("write %d bytes in total\n", total)
time.Sleep(time.Second * )
}

client5.go

      服务端:

 //server5.go

 package main

 import (
"log"
"net"
"time"
) func handleConn(c net.Conn) {
defer c.Close()
time.Sleep(time.Second * )
for {
// read from the connection
time.Sleep( * time.Second)
var buf = make([]byte, )
log.Println("start to read from conn")
n, err := c.Read(buf)
if err != nil {
log.Printf("conn read %d bytes, error: %s", n, err)
if nerr, ok := err.(net.Error); ok && nerr.Timeout() {
continue
}
break
} log.Printf("read %d bytes, content is %s\n", n, string(buf[:n]))
}
} func main() {
l, err := net.Listen("tcp", ":8888")
if err != nil {
log.Println("listen error:", err)
return
} for {
c, err := l.Accept()
if err != nil {
log.Println("accept error:", err)
break
}
// start a new goroutine to handle
// the new connection.
log.Println("accept a new connection")
go handleConn(c)
}
}

server5.go

      执行结果:

[root@centos tcp]# go run client5.go
// :: begin dial...
// :: dial ok
// :: write bytes this time, bytes in total
// :: write bytes this time, bytes in total
// :: write bytes this time, bytes in total
// :: write bytes this time, bytes in total
// :: write bytes this time, bytes in total
// :: write bytes this time, bytes in total // :: write bytes this time, bytes in total
// :: write bytes this time, bytes in total [root@centos tcp]# go run server5.go
// :: accept a new connection
// :: start to read from conn
// :: read bytes, content is
// :: start to read from conn
// :: read bytes, content is
// :: start to read from conn
// :: read bytes, content is

      Server5在前10s中并不Read数据,因此当client5一直尝试写入时,写到一定量后就会发生阻塞。

      在Centos6.5上测试,这个size大约在 393216 bytes。后续当server5每隔5s进行Read时,OS socket缓冲区腾出了空间,client5就又可以写入。

  • 写入部分数据

      Write操作存在写入部分数据的情况,比如上面例子中,当client端输出日志停留在“2019/03/04 23:30:39 write 65536 bytes this time, 524288 bytes in total”时,我们杀掉server5,这时我们会看到client5输出以下日志:

[root@centos tcp]# go run client5.go
// :: begin dial...
// :: dial ok
// :: write bytes this time, bytes in total
// :: write bytes this time, bytes in total
// :: write bytes this time, bytes in total
// :: write bytes this time, bytes in total
// :: write bytes this time, bytes in total
// :: write bytes this time, bytes in total // :: write bytes this time, bytes in total
// :: write bytes this time, bytes in total
// :: write bytes, error:write tcp 127.0.0.1:->127.0.0.1:: write: connection reset by peer
2019/03/04 23:30:45 write 573440 bytes in total

      显然Write并非在 524288 bytes 这个地方阻塞的,而是后续又写入49152 bytes 后发生了阻塞,server端socket关闭后,我们看到Wrote返回er != nil且n = 49152,程序需要对这部分写入的49152 字节做特定处理。

  •  写入超时

      如果非要给Write增加一个期限,那我们可以调用SetWriteDeadline方法。我们copy一份client5.go,形成client6.go,在client6.go的Write之前增加一行timeout设置代码:

conn.SetWriteDeadline(time.Now().Add(time.Microsecond * ))
 //client6.go
package main import (
"log"
"net"
"time"
) func main() {
log.Println("begin dial...")
conn, err := net.Dial("tcp", ":8888")
if err != nil {
log.Println("dial error:", err)
return
}
defer conn.Close()
log.Println("dial ok") data := make([]byte, )
var total int
for {
conn.SetWriteDeadline(time.Now().Add(time.Microsecond * ))
n, err := conn.Write(data)
if err != nil {
total += n
log.Printf("write %d bytes, error:%s\n", n, err)
break
}
total += n
log.Printf("write %d bytes this time, %d bytes in total\n", n, total)
} log.Printf("write %d bytes in total\n", total)
time.Sleep(time.Second * )
}

client6.go

启动server6.go,启动client6.go,我们可以看到写入超时的情况下,Write的返回结果:

[root@centos tcp]# go run client6.go
// :: begin dial...
// :: dial ok
// :: write bytes this time, bytes in total
// :: write bytes this time, bytes in total
// :: write bytes, error:write tcp 127.0.0.1:->127.0.0.1:: i/o timeout
// :: write bytes in total

可以看到在写入超时时,依旧存在部分数据写入的情况。

综上例子,虽然Go给我们提供了阻塞I/O的便利,但在调用Read和Write时依旧要综合需要方法返回的n和err的结果,以做出正确处理。net.conn实现了io.Reader和io.Writer接口,因此可以试用一些wrapper包进行socket读写,比如bufio包下面的Writer和Reader、io/ioutil下的函数等。

(5)Goroutine safe

基于goroutine的网络架构模型,存在在不同goroutine间共享conn的情况,那么conn的读写是否是goroutine safe的呢?在深入这个问题之前,我们先从应用意义上来看read操作和write操作的goroutine-safe必要性。
      对于read操作而言,由于TCP是面向字节流,conn.Read无法正确区分数据的业务边界,因此多个goroutine对同一个conn进行read的意义不大,goroutine读到不完整的业务包反倒是增加了业务处理的难度。对与Write操作而言,倒是有多个goroutine并发写的情况。不过conn读写是否goroutine-safe的测试不是很好做,我们先深入一下runtime代码,先从理论上给这个问题定个性:

net.conn只是*netFD的wrapper结构,最终Write和Read都会落在其中的fd上:

type conn struct {
fd *netFD
}

netFD在不同平台上有着不同的实现,我们以net/fd_unix.go中的netFD为例:

// Network file descriptor.
type netFD struct {
// locking/lifetime of sysfd + serialize access to Read and Write methods
fdmu fdMutex // immutable until Close
sysfd int
family int
sotype int
isConnected bool
net string
laddr Addr
raddr Addr // wait server
pd pollDesc
}

我们看到netFD中包含了一个runtime实现的fdMutex类型字段,从注释上来看,该fdMutex用来串行化对该netFD对应的sysfd的Write和Read操作。从这个注释上来看,所有对conn的Read和Write操作都是有fdMutex互斥的,从netFD的Read和Write方法的实现也证实了这一点:

 func (fd *netFD) Read(p []byte) (n int, err error) {
if err := fd.readLock(); err != nil {
return , err
}
defer fd.readUnlock()
if err := fd.pd.PrepareRead(); err != nil {
return , err
}
for {
n, err = syscall.Read(fd.sysfd, p)
if err != nil {
n =
if err == syscall.EAGAIN {
if err = fd.pd.WaitRead(); err == nil {
continue
}
}
}
err = fd.eofError(n, err)
break
}
if _, ok := err.(syscall.Errno); ok {
err = os.NewSyscallError("read", err)
}
return
} func (fd *netFD) Write(p []byte) (nn int, err error) {
if err := fd.writeLock(); err != nil {
return , err
}
defer fd.writeUnlock()
if err := fd.pd.PrepareWrite(); err != nil {
return , err
}
for {
var n int
n, err = syscall.Write(fd.sysfd, p[nn:])
if n > {
nn += n
}
if nn == len(p) {
break
}
if err == syscall.EAGAIN {
if err = fd.pd.WaitWrite(); err == nil {
continue
}
}
if err != nil {
break
}
if n == {
err = io.ErrUnexpectedEOF
break
}
}
if _, ok := err.(syscall.Errno); ok {
err = os.NewSyscallError("write", err)
}
return nn, err
}

Read Write

每次Write操作都是受lock保护,直到此次数据全部write完。因此在应用层面,要想保证多个goroutine在一个conn上write操作的Safe,需要一次write完整写入一个“业务包”;一旦将业务包的写入拆分为多次write,那就无法保证某个Goroutine的某“业务包”数据在conn发送的连续性。

同时也可以看出即便是Read操作,也是lock保护的。多个Goroutine对同一conn的并发读不会出现读出内容重叠的情况,但内容断点是依 runtime调度来随机确定的。存在一个业务包数据,1/3内容被goroutine-1读走,另外2/3被另外一个goroutine-2读 走的情况。比如一个完整包:world,当goroutine的read slice size < 5时,存在可能:一个goroutine读到 “worl”,另外一个goroutine读出”d”。

 (6)Socket属性

原生Socket API提供了丰富的sockopt设置接口,但Golang有自己的网络架构模型,golang提供的socket options接口也是基于上述模型的必要的属性设置。包括

SetKeepAlive
SetKeepAlivePeriod
SetLinger
SetNoDelay (默认no delay)
SetWriteBuffer
SetReadBuffer

不过上面的Method是TCPConn的,而不是Conn的,要使用上面的Method的,需要type assertion:

tcpConn, ok := c.(*TCPConn)
if !ok {
//error handle
} tcpConn.SetNoDelay(true)

对于listener socket, golang默认采用了 SO_REUSEADDR,这样当你重启 listener程序时,不会因为address in use的错误而启动失败。而listen backlog的默认值是通过获取系统的设置值得到的。不同系统不同:mac 128, linux 512等。

 (7)关闭连接

和前面的方法相比,关闭连接算是最简单的操作了。由于socket是全双工的,client和server端在己方已关闭的socket和对方关闭的socket上操作的结果有不同。看下面例子:

客户端:

 package main

 import (
"log"
"net"
"time"
) func main() {
log.Println("begin dial...")
conn, err := net.Dial("tcp", ":8888")
if err != nil {
log.Println("dial error:", err)
return
}
conn.Close()
log.Println("close ok") var buf = make([]byte, )
n, err := conn.Read(buf)
if err != nil {
log.Println("read error:", err)
} else {
log.Printf("read % bytes, content is %s\n", n, string(buf[:n]))
} n, err = conn.Write(buf)
if err != nil {
log.Println("write error:", err)
} else {
log.Printf("write % bytes, content is %s\n", n, string(buf[:n]))
} time.Sleep(time.Second * )
}

client.go

服务端:

 //server.go

 package main

 import (
"log"
"net"
) func handleConn(c net.Conn) {
defer c.Close() // read from the connection
var buf = make([]byte, )
log.Println("start to read from conn")
n, err := c.Read(buf)
if err != nil {
log.Println("conn read error:", err)
} else {
log.Printf("read %d bytes, content is %s\n", n, string(buf[:n]))
} n, err = c.Write(buf)
if err != nil {
log.Println("conn write error:", err)
} else {
log.Printf("write %d bytes, content is %s\n", n, string(buf[:n]))
}
} func main() {
l, err := net.Listen("tcp", ":8888")
if err != nil {
log.Println("listen error:", err)
return
} for {
c, err := l.Accept()
if err != nil {
log.Println("accept error:", err)
break
}
// start a new goroutine to handle
// the new connection.
log.Println("accept a new connection")
go handleConn(c)
}
}

server.go

上述例子的执行结果如下:

[root@centos conn_close]# go run client1.go
// :: begin dial...
// :: close ok
// :: read error: read tcp 127.0.0.1:->127.0.0.1:: use of closed network connection
// :: write error: write tcp 127.0.0.1:->127.0.0.1:: use of closed network connection [root@centos conn_close]# go run server1.go
// :: accept a new connection
// :: start to read from conn
// :: conn read error: EOF
// :: write bytes, content is

从client的结果来看,在己方已经关闭的socket上再进行read和write操作,会得到”use of closed network connection” error;
      从server的执行结果来看,在对方关闭的socket上执行read操作会得到EOF error,但write操作会成功,因为数据会成功写入己方的内核socket缓冲区中,即便最终发不到对方socket缓冲区了,因为己方socket并未关闭。因此当发现对方socket关闭后,己方应该正确合理处理自己的socket,再继续write已经无任何意义了。

(8)发送http请求

Get请求协议的格式如下:
请求首行; // 请求方式 请求路径 协议和版本,例如:GET /index.html HTTP/1.1
请求头信息;// 请求头名称:请求头内容,即为key:value格式,例如:Host:localhost
空行; // 用来与请求体分隔开
请求体。 // GET没有请求体,只有POST有请求体。 例如:
GET /books/?sex=man&name=Professional HTTP/1.1
Host: www.wrox.com
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows; U; Windows NT 5.1; en-US; rv:1.7.)
Gecko/ Firefox/1.0.
Connection: Keep-Alive

关于Http协议可以看下博客:http://www.cnblogs.com/yuanchenqi/articles/6000358.html

Get和Post请求的区别可以看下博客:https://www.cnblogs.com/logsharing/p/8448446.html

依照上面Get的请求协议格式,我们给百度发一个Get请求:

 package main

 import (
"fmt"
"io"
"net"
)
func main() { conn, err := net.Dial("tcp", "www.baidu.com:80")
if err != nil {
fmt.Println("Error dialing", err.Error())
return
}
defer conn.Close() msg := "GET / HTTP/1.1\r\n"
msg += "Host: www.baidu.com\r\n"
msg += "Connection: close\r\n"
msg += "\r\n\r\n" _, err = io.WriteString(conn, msg)
if err != nil {
fmt.Println("write string failed, ", err)
return
}
buf := make([]byte, )
for {
count, err := conn.Read(buf)
if err != nil {
break
}
fmt.Println(string(buf[:count]))
}
}

Get 访问百度

(9)小结

本文比较基础,但却很重要,毕竟golang是面向大规模服务后端的,对通信环节的细节的深入理解会大有裨益。另外Go的goroutine+阻塞通信的网络通信模型降低了开发者心智负担,简化了通信的复杂性,这点尤为重要。

 注:上面例子出现(root@centos)表示是在Centos6.5上运行,其他是在Windows上运行,go version go1.8 windows/amd64。

特别注意:

  • 上面内容除一小部分(运行结果及其他博客链接部分)全部来自 https://tonybai.com/2015/11/17/tcp-programming-in-golang/ 该博主,解释权归该博主。
  • 本节用到的例子在该博主github地址:https://github.com/bigwhite/experiments/tree/master/go-tcpsock

2. Redis使用

  (1)Redis简介

  • redis是个开源的高性能的key-value的内存数据库,可以把它当成远程的数据结构。
  • 支持的value类型非常多,比如string、list(链表)、set(集合)、hash表等等。
  • redis性能非常高,单机能够达到15w qps,通常适合做缓存。

  (2)下载并安装依赖

使用第三方开源的redis库: github.com/garyburd/redigo/redis
go get github.com/garyburd/redigo/redis

   注意:go get 从指定源上面下载或者更新指定的代码和依赖,并对他们进行编译和安装(相当于 clone + install)。

               更多命令使用可以看:https://www.flysnow.org/2017/03/08/go-in-action-go-tools.html

  (3)操作Redis

  • 连接redis
 package main

 import (
"fmt"
"github.com/garyburd/redigo/redis"
) func main() {
fmt.Println("start to connect redis...")
c, err := redis.Dial("tcp", "192.168.30.134:6379")
if err != nil {
fmt.Println("conn redis failed,", err)
return
} defer c.Close()
}

connect redis

  • 字符串 Set 操作
 package main

 import (
"fmt"
"github.com/garyburd/redigo/redis"
) func main() {
c, err := redis.Dial("tcp", "192.168.30.134:6379")
if err != nil {
fmt.Println("conn redis failed,", err)
return
} defer c.Close()
_, err = c.Do("Set", "abc", )
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
} r, err := redis.Int(c.Do("Get", "abc"))
if err != nil {
fmt.Println("get abc failed,", err)
return
} fmt.Println(r)
}

String Set

  • Hash表
 package main

 import (
"fmt"
"github.com/garyburd/redigo/redis"
) func main() {
c, err := redis.Dial("tcp", "192.168.30.134:6379")
if err != nil {
fmt.Println("conn redis failed,", err)
return
} defer c.Close()
_, err = c.Do("HSet", "books", "abc", )
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
} r, err := redis.Int(c.Do("HGet", "books", "abc"))
if err != nil {
fmt.Println("get abc failed,", err)
return
} fmt.Println(r)
}

Hash

  • 批量Set
 package main

 import (
"fmt"
"github.com/garyburd/redigo/redis"
) func main() {
c, err := redis.Dial("tcp", "192.168.30.134:6379")
if err != nil {
fmt.Println("conn redis failed,", err)
return
} defer c.Close()
_, err = c.Do("MSet", "abc", , "efg", )
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
} r, err := redis.Ints(c.Do("MGet", "abc", "efg"))
if err != nil {
fmt.Println("get abc failed,", err)
return
} for _, v := range r {
fmt.Println(v)
}
}

batch set

  • 过期时间
 package main

 import (
"fmt"
"time"
"github.com/garyburd/redigo/redis"
) func main() {
c, err := redis.Dial("tcp", "192.168.30.134:6379")
if err != nil {
fmt.Println("conn redis failed,", err)
return
}
defer c.Close() _, err = c.Do("Set", "abc", )
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
} r, err := redis.Int(c.Do("Get", "abc"))
if err != nil {
fmt.Println("get abc failed,", err)
return
}
fmt.Println("abc = ", r) _, err = c.Do("expire", "abc", ) //5s后过期
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
} time.Sleep(*time.Second) r, err = redis.Int(c.Do("Get", "abc"))
if err != nil {
fmt.Println("get abc failed,", err)
return
}
fmt.Println("abc = ", r) //get abc failed, redigo: nil returned
}

expire

  • 队列操作
 package main

 import (
"fmt"
"github.com/garyburd/redigo/redis"
) func main() {
c, err := redis.Dial("tcp", "192.168.30.134:6379")
if err != nil {
fmt.Println("conn redis failed,", err)
return
} defer c.Close()
_, err = c.Do("lpush", "book_list", "abc", "ceg", )
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
} r, err := redis.String(c.Do("lpop", "book_list"))
if err != nil {
fmt.Println("get abc failed,", err)
return
} fmt.Println(r)
}

push

上面只列出了redis几个基本操作,Redis更加详细操作可以看我的这篇博客(用Python API): https://www.cnblogs.com/xuejiale/p/10460468.html

  • Redis连接池

   先看实现连接池的例子:

在cinfig.go中主要是连接池一些参数的设置,在pool.go中实现获取连接池接口,在main.go中是调连接池的接口应用。

 package redisConf

 var RedisConf = map[string]string{
"name": "redis",
"type": "tcp",
"address": "192.168.30.134:6379",
"auth": "*****", //如果有密码,写成自己的密码
}

conf.go

 package redisPool

 import (
"go_dev/day9/go_redis/redis_poll/redisConf" //改成你自己的包目录
"github.com/garyburd/redigo/redis"
"time"
) var RedisClient *redis.Pool func init() {
// 建立连接池
RedisClient = &redis.Pool {
MaxIdle: ,
MaxActive: ,
IdleTimeout: * time.Second,
Dial: func() (redis.Conn, error) {
c, err := redis.Dial(redisConf.RedisConf["type"], redisConf.RedisConf["address"])
if err != nil {
return nil, err
}
//如果redis设置了密码,需要下面的验证
// if _, err := c.Do("AUTH", redisConf.RedisConf["auth"]); err != nil {
// c.Close()
// return nil, err
// }
return c, nil
},
//每次获取连接前做一次check
TestOnBorrow: func(c redis.Conn, t time.Time) error {
if time.Since(t) < time.Minute {
return nil
}
_, err := c.Do("PING")
return err
},
}
}

pool.go

 package main

 import (
"go_dev/day9/go_redis/redis_poll/redisPool" //改成你自己的包目录
"fmt"
"github.com/garyburd/redigo/redis"
) var RedisExpire = //缓存有效期 func main() { // 从池里获取连接
rc := redisPool.RedisClient.Get()
// 用完后将连接放回连接池
defer rc.Close() key := "redis.cache"
//设置值
_, err := rc.Do("Set", key, "", "EX", RedisExpire)
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
}
//取出值
val, err := redis.String(rc.Do("Get", key))
if err != nil {
fmt.Println(err)
}
fmt.Println(val)
//删除
_, err = rc.Do("Del", key)
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
}
}

main.go

 func initRedis() {
// 建立连接池
pool := &redis.Pool {
MaxIdle: ,
MaxActive: ,
IdleTimeout: * time.Second,
Dial: func() (redis.Conn, error) {
return redis.Dial("tcp", "localhost:6379")
},
}
}

简写版 连接池

目录结构如下:

分析:首先来看Pool这个结构体及结构体中各个变量的含义:

 type Pool struct {
// Dial is an application supplied function for creating and configuring a
// connection.
//
// The connection returned from Dial must not be in a special state
// (subscribed to pubsub channel, transaction started, ...).
Dial func() (Conn, error) // TestOnBorrow is an optional application supplied function for checking
// the health of an idle connection before the connection is used again by
// the application. Argument t is the time that the connection was returned
// to the pool. If the function returns an error, then the connection is
// closed.
TestOnBorrow func(c Conn, t time.Time) error // Maximum number of idle connections in the pool.
MaxIdle int // Maximum number of connections allocated by the pool at a given time.
// When zero, there is no limit on the number of connections in the pool.
MaxActive int // Close connections after remaining idle for this duration. If the value
// is zero, then idle connections are not closed. Applications should set
// the timeout to a value less than the server's timeout.
IdleTimeout time.Duration // If Wait is true and the pool is at the MaxActive limit, then Get() waits
// for a connection to be returned to the pool before returning.
Wait bool // Close connections older than this duration. If the value is zero, then
// the pool does not close connections based on age.
MaxConnLifetime time.Duration chInitialized uint32 // set to 1 when field ch is initialized mu sync.Mutex // mu protects the following fields
closed bool // set to true when the pool is closed.
active int // the number of open connections in the pool
ch chan struct{} // limits open connections when p.Wait is true
idle idleList // idle connections
}

Pool struct

主要看这几个参数:

Dial:是必须要实现的,就是调用普通的的redis.Dial即可。
MaxIdle:最大的空闲连接数,表示即使没有redis连接时依然可以保持N个空闲的连接,而不被清除,随时处于待命状态。
MaxActive:最大的激活连接数,表示同时最多有N个连接,也就是并发数。
IdleTimeout:最大的空闲连接等待时间,超过此时间后,空闲连接将被关闭。
Wait:当连接数已满,是否要阻塞等待获取连接。false表示不等待,直接返回错误。
TestOnBorrow:在获取conn的时候会调用一次这个方法,来保证连接可用(其实也不是一定可用,因为test成功以后依然有可能被干掉),这个方法是可选项,一般这个方法是去调用
一个redis的ping方法,看项目需求了,如果并发很高,想极限提高速度,这个可以不设置。如果想增加点连接可用性,还是加上比较好。

Pool中的方法及具体实现可以看下面的链接:

https://github.com/garyburd/redigo/blob/master/redis/pool.go#L122
https://studygolang.com/articles/9642 (连接池代码分析)
https://blog.csdn.net/xiaohu50/article/details/51606349 (redis.Pool 配置参数调优)
(重点)GO操作redis更多API可以看: https://godoc.org/github.com/garyburd/redigo/redis#Ints,结合上面的操作就可以熟练操作Redis
  • 管道操作

请求/响应服务可以实现持续处理新请求,即使客户端没有准备好读取旧响应。这样客户端可以发送多个命令到服务器而无需等待响应,最后在一次读取多个响应。这就是管道化(pipelining),这个技术在多年就被广泛使用了。距离,很多POP3协议实现已经支持此特性,显著加速了从服务器下载新邮件的过程。Redis很早就支持管道化,所以无论你使用任何版本,你都可以使用管道化技术
   连接支持使用Send(),Flush(),Receive()方法支持管道化操作。

Send(commandName string, args ...interface{}) error
Flush() error
Receive() (reply interface{}, err error)

Send向连接的输出缓冲中写入命令。
   Flush将连接的输出缓冲清空并写入服务器端。
   Recevie按照FIFO顺序依次读取服务器的响应。

c.Send("SET", "foo", "bar")
c.Send("GET", "foo")
c.Flush()
c.Receive() // reply from SET
v, err = c.Receive() // reply from GET

上面如果再一次 c.Receive() 则会 hang 住,因为只发送了两条命令,执行结果也就只有两条,再去取管道中无输出,因此会hang住。

 package main

 import (
"fmt"
"github.com/garyburd/redigo/redis"
) func main() {
c, err := redis.Dial("tcp", "192.168.30.134:6379")
if err != nil {
fmt.Println("conn redis failed, err:", err)
return
}
defer c.Close() c.Send("SET", "foo", "bar")
c.Send("GET", "foo") c.Flush() v, err := c.Receive()
fmt.Printf("v:%v,err:%v\n", v, err) // v:OK,err:<nil>
v, err = c.Receive()
fmt.Printf("v:%s,err:%v\n", v, err) // v:bar,err:<nil>
//fmt.Printf("v:%v,err:%v\n", v, err) //v:[98 97 114],err:<nil> v, err = c.Receive() // hang住,一直等待
fmt.Printf("v:%v,err:%v\n", v, err)
}

hang example

Do方法结合了Send, Flush and Receive方法的功能。开始Do方法往管道写入命令并且刷新输出缓冲。接下来Do方法会接收所有就绪的回复包括最近发送的命令。如果收到的回复中有错误,则Do就会返回错误。如果没有错误,Do会返回最近一次收到的回复。如果发送的命令是空(""),则Do方法会刷新输出缓冲收到就绪的回复而不用发送命令。

使用发送和Do方法可以实现一个管道事务:

c.Send("MULTI")
c.Send("INCR", "foo")
c.Send("INCR", "bar")
r, err := c.Do("EXEC")
fmt.Println(r) // prints [1, 1]

一个连接支持并发的Receive和并发的Send,Flush,但不支持并发的Do方法。

  • 发布订阅

使用Send, Flush 和 Receive可以实现发布订阅的订阅者:

c.Send("SUBSCRIBE", "example")
c.Flush()
for {
reply, err := c.Receive()
if err != nil {
return err
}
// process pushed message
}

这 PubSubConn 类型封装了连接(Conn)很方便的实现订阅者。订阅,发布订阅,不订阅,发布不订阅方法发送并且刷新订阅管理命令。Receive方法将推送的消息转换为特定的类型。

 psc := redis.PubSubConn{Conn: c}
psc.Subscribe("example")
for {
switch v := psc.Receive().(type) {
case redis.Message: //单个订阅subscribe
fmt.Printf("%s: message: %s\n", v.Channel, v.Data)
case redis.Subscription: //模式订阅psubscribe
fmt.Printf("%s: %s %d\n", v.Channel, v.Kind, v.Count)
case error:
return v
}
}

发布订阅

图书管理系统v3:

使用redis存储数据完善之前的图书管理系统?

 参考文献:

  • https://tonybai.com/2015/11/17/tcp-programming-in-golang/
  • https://godoc.org/github.com/garyburd/redigo/redis#Ints
  • https://blog.csdn.net/guyan0319/article/details/84944059 (Go Redis连接池)
  • https://www.jianshu.com/p/2d3db51d5bbe
  • https://studygolang.com/articles/12230 (golang redis连接池的使用)
  • https://www.cnblogs.com/suoning/p/7259106.html

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