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Go语言TCP通信详解（附带实例）

TCP/IP（transmission control protocol/internet protocol）协议，即传输控制协议/网络协议，是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层（transport layer）通信协议。

因为是面向连接的协议，所以数据像水流一样传输，存在黏包问题。所谓黏包问题，主要还是因为发送方一次性把所有数据都存入缓存区，接收方不知道消息之间的界限，不知道一次性提取多少字节的数据。

如下图所示，一个 TCP 服务端可以同时连接多个 TCP 客户端：


图 1 一个TCP服务端可以同时连接多个TCP客户端

例如，我国各个地区的用户都使用自己计算机的浏览器访问淘宝网。因为 Go 语言通过创建多个goroutine实现并发非常方便和高效，所以可以每建立一次链接就创建一个goroutine。

建立TCP连接

在使用 Go 语言编写 TCP 服务端时，一般按照如下步骤展开：
下面演示如何编写简单的 TCP 服务端。代码如下： 
package main

import (
     "fmt"
     "net"
)

func main() {
     // 使用 net.Listen() 函数监听连接的地址与端口
     listener, err := net.Listen("tcp", "127.0.0.1:3000")
     if err != nil {
          fmt.Printf("监听失败！发生错误：%v\n", err)
          return
     }
     fmt.Println("服务端已开启！等待客户端的连接请求......")

     // 响应由 TCP 客户端发送的连接请求
     conn, err := listener.Accept()
     if err != nil {
          fmt.Printf("响应失败！发生错误：%v\n", err)
          return
     }
     fmt.Println("服务端已成功连接客户端！")

     defer conn.Close()
}
在编写上述 TCP 服务端时，需要明确一个重点：为了创建 TCP 连接，需要调用 net.Listen() 函数，并向该函数传入 3 个参数，即协议类型（tcp）、IP 地址和端口号。

TCP 服务端编写完毕后，下面需要编写 TCP 客户端。在使用 Go 语言编写 TCP 客户端时，一般按照如下步骤展开：
  1. 定义通信的地址和端口；
  2. 使用 Dial() 函数建立与服务端的连接；
  3. 关闭 TCP 连接。

下面演示如何编写 TCP 客户端。代码如下： 
package main

import (
     "fmt"
     "net"
)

func main() {
     // 建立与服务端的连接
     conn, err := net.Dial("tcp", "127.0.0.1:3000")
     if err != nil {
          fmt.Printf("连接失败！发生错误：%v\n", err.Error())
          return
     }
     fmt.Println("客户端向服务端发送连接请求......")

     defer conn.Close() // 关闭 TCP 连接
}
在编写上述 TCP 客户端时需要明确一个重点：为了创建一个 TCP 连接需要调用 net.Dial() 函数，并向该函数传入 3 个参数，即协议类型（tcp）、IP 地址和端口号。

为了保证上述程序成功运行，要打开两个 VS Code 窗口：
一个窗口是 TCP 服务端（见下图）：


图 2 TCP服务端

一个窗口是 TCP 客户端（见下图）：


图 3 TCP 客户端

当运行程序时，要先运行 TCP 服务端，随即在 TCP 服务端所在 VS Code 窗口的控制台上打印如下信息：

服务端已开启！等待客户端的连接请求……


再运行 TCP 客户端，随即在 TCP 客户端所在 VS Code 窗口的控制台上打印如下信息：

客户端向服务端发送连接请求……


打开 TCP 服务端所在的 VS Code 窗口，在控制台上打印一行新信息：

服务端已成功连接客户端！

这说明 TCP 服务端与 TCP 客户端成功建立了连接。

实现交互通信

TCP 服务端与 TCP 客户端建立连接后，就可以发送和接收数据，进而实现 TCP 服务端与 TCP 客户端交互通信。通过连接对象调用 Write() 函数，发送数据；通过连接对象调用 Read() 函数，接收数据。

为了让 TCP 服务端与 TCP 客户端交互通信，TCP 服务端除了要使用 net.Listen() 函数得到连接信息，还要使用 for 循环不停响应由 TCP 客户端发送的连接请求。每响应一次由 TCP 客户端发送的连接请求，就创建一个用于执行发送和接收数据操作的 goroutine。

对上述实现 TCP 服务端的代码修改如下： 
package main

import (
     "fmt"
     "net"
)

func main() {
     // 使用 net.Listen() 函数监听连接的地址与端口
     listener, err := net.Listen("tcp", "127.0.0.1:3000")
     if err != nil {
          fmt.Printf("监听失败！发生错误：%v\n", err)
          return
     }
     fmt.Println("服务端已开启！等待客户端的连接请求......")

     for {
          // 响应由 TCP 客户端发送的连接请求
          conn, err := listener.Accept()
          if err != nil {
               fmt.Printf("响应失败！发生错误：%v\n", err)
               continue
          }
          // 对每个新连接创建协程收发数据
          go process(conn)
     }
}

func process(conn net.Conn) {
     defer conn.Close()
     for {
          var buf [128]byte
          // 接收数据
          n, err := conn.Read(buf[:])
          if err != nil {
               fmt.Printf("接收数据失败！发生错误：%v\n", err)
               break
          }
          fmt.Printf("已成功接收数据：%v\n", string(buf[:n]))

          // 发送数据
          if _, err = conn.Write([]byte("服务端消息！")); err != nil {
               fmt.Printf("发送数据失败！发生错误：%v\n", err)
               break
          }
     }
}

此外，还要修改上述实现 TCP 客户端的代码： 
package main

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

func main() {
     // 建立与服务端的连接
     conn, err := net.Dial("tcp", "127.0.0.1:3000")
     if err != nil {
          fmt.Printf("连接失败！发生错误：%v\n", err.Error())
          return
     }
     fmt.Println("客户端向服务端发送连接请求......")
     defer conn.Close()

     inputReader := bufio.NewReader(os.Stdin)

     for {
          // 读取用户在控制台的输入
          input, err := inputReader.ReadString('\n')
          if err != nil {
               fmt.Printf("无法读取在控制台上输入的数据！发生错误：%v\n", err)
               break
          }

          trimmedInput := strings.TrimSpace(input)
          if trimmedInput == "Q" { // 输入 Q 退出
               break
          }

          // 发送数据
          if _, err = conn.Write([]byte(trimmedInput)); err != nil {
               fmt.Printf("发送数据失败！发生错误：%v\n", err)
               break
          }

          // 接收数据
          var recvData = make([]byte, 1024)
          if _, err = conn.Read(recvData); err != nil {
               fmt.Printf("接收数据失败！发生错误：%v\n", err)
               break
          }
          fmt.Printf("已成功接收数据：%v\n", string(recvData))
     }
}
修改后的 TCP 客户端代码中，加入了用户能在控制台上输入任意数据，并且把输入的数据发送给服务器端的功能。不过，VS Code 窗口不支持控制台的输入，因此这里不提供运行结果。读者可以使用其他开发工具运行修改后的 TCP 服务端和 TCP 客户端的代码，以查看运行结果。

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