Go语言Socket编程（基于TCP，附带实例）

Socket 起源于 UNIX，在 UNIX 系统中，Socket 作为一种特殊的文件描述符，用于实现网络通信。

UNIX 的基本哲学是一切皆文件。在 UNIX 中，所有的文件都可以基于打开→读写→关闭模式进行操作，而 Socket 就是这种模式的一种实现。

使用 Socket() 函数创建一个新的 Socket，它会返回一个整型的 Socket，这个描述符在后续的建立连接、数据传输等操作中都会被使用，使用方式类似于其他文件描述符。

Socket 通信需要用到两个要素，它们分别是网络协议和地址：

网络协议：分为 TCP 和 UDP 两种。
地址：IP地址+端口号，如 127.0.0.1:8000 或 :8000。

下面来看看基于 TCP 协议的 Socket 编程的实现方式。在基于 TCP 协议的网络通信中，服务端每次与客户端通信都必须建立握手。

建立握手的示意图如下图所示：

图 1 基于TCP协议建立握手的示意图

Go语言Socket通信的过程

为了更深入地理解基于 TCP 协议的 Socket 通信，接下来我们详细分析服务端和客户端是如何利用 Go 语言实现这一过程的。

1) 服务端

要使用 Go 语言实现基于 TCP 协议的 Socket 通信，服务端需要执行以下步骤：
① 导入 net 包，它提供了与网络相关的基本功能。

② 使用 net.Listen 方法创建监听器（Listener）。具体操作为先绑定并监听端口，然后等待客户端与其建立连接。关键代码如下：

//创建监听器
listener, err := net.Listen("tcp", "127.0.0.1:8000")
if err != nil {
     fmt.Printf("net.Listen() err:%v\n", err)
     return
}

③ 接受客户端连接。net.Listen 的 listener.Accept 方法用于监听并接受来自客户端的连接。如果客户端尚未建立连接，该方法会阻塞等待。当客户端连接成功时，Accept 方法返回一个用于与客户端通信的新连接对象（net.Conn 接口类型的对象），开发者可以通过该连接对象进行数据的读、写操作。

如果在等待新连接的过程中发生了错误（例如监听器被关闭），listener.Accept 方法会返回一个非 nil 的错误。想要持续接受客户端的连接，可以使用 for 循环持续地调用 Accept 方法。关键代码如下：

for {
        fmt.Println("服务器等待客户端连接...")
        conn, err := listener.Accept()
        if err != nil {
             fmt.Printf("listener.Accept() err:%v\n", err)
             return
        }
        …
}

④ 创建协程处理客户端请求。为了实现并发地处理多个客户端请求，服务端通常会针对每个连接创建一个协程。

⑤ 使用新连接（Socket）进行通信。此过程通常使用 conn.Read 和 conn.Write 方法实现。关键代码如下：

//注意，conn.Read方法在执行读取操作时，会将命令行里的换行符也给读取了
//在UNIX上换行符是\n，在Windows上是\r\n
n, err := conn.Read(buf)
if err != nil {
        if err == io.EOF {
             fmt.Println("客户端退出!")
             break
        } else {
             fmt.Printf("conn.Read() err:%v\n", err)
             return
        }
}
fmt.Printf("服务器读到数据:%v", string(buf[:n]))
//小写转大写,发回给客户端
conn.Write(bytes.ToUpper(buf[:n]))

⑥ 处理客户端请求。根据客户端发送的数据执行相应的操作，并返回结果给客户端。

⑦ 关闭连接。在完成与客户端的通信后，使用 conn.Close 方法关闭 Socket 连接。

⑧ 关闭监听器。如果不再接受新的客户端连接，使用 listener.Close 方法关闭监听器。

2) 客户端

要使用 Go语言实现基于 TCP 协议的 Socket 通信，客户端需要执行以下步骤：
① 导入 net 包，它提供了与网络相关的基本功能。

② 建立连接。使用 net.Dial 函数连接到服务端，指定使用的协议（如 TCP 协议）和服务端的地址、端口。如果连接成功，该函数将返回一个用于与服务端通信的 ocket 连接。关键代码如下：

//发起连接请求
conn, err := net.Dial("tcp", "127.0.0.1:8000")
if err != nil {
        fmt.Printf("net.Dial() err:%v\n", err)
        return
}

③ 使用连接进行通信。通过 Socket 连接向服务端发送数据，这里通常会使用 conn.Write 函数实现相应的功能。数据可以是字节切片或字符串等。关键代码如下：

//获取用户的键盘输入(os.Stdin)，并将输入的数据发送给服务器
go func() {
        str := make([]byte, 1024)
        for {
             n, err := os.Stdin.Read(str)
             if err != nil {
                     fmt.Printf("os.Stdin.Read() err:%v\n", err)
                     continue
             }
             //将数据发送给服务器
             conn.Write(str[:n])
        }
}()

④ 读取和处理服务端返回的数据。先通过 Socket 连接读取服务端返回的数据，使用 conn.Read 函数读取数据并存储在一个字节切片中，然后解析服务端返回的数据，并执行相应的操作。关键代码如下：

for {
        buf := make([]byte, 1024)
        n, err := conn.Read(buf)
        if err != nil {
             if err == io.EOF {
                     fmt.Println("服务端退出了!!!")
                     return
             } else {
                     fmt.Printf("conn.Read() err:%v\n", err)
                     continue
             }
        }
        fmt.Printf("客户端读到服务器返回的数据:%s",buf[:n])
}

⑤ 关闭连接。在完成与服务端的通信后，使用 conn.Close 函数关闭 Socket 连接。

服务端与客户端的通信是双向的。客户端需要不断地向服务端发送数据，同时也要接收来自服务端数据。因此，发送和接收操作应分别放在不同的协程中进行。主协程负责循环接收服务器返回的数据并输出，子协程则负责循环读取用户从键盘输入的数据，并将其发送给服务端。

在读取键盘输入数据的子协程中定义一个切片 str，使用 os.Stdin.Read(str) 函数将读取到的数据保存起来。这样，客户端也实现了并发多任务处理。

在基于 UDP 协议的并发 Socket 编程中，由于 UDP 协议没有握手，因此服务器端无须额外创建监听套接字，只需要指定 IP 地址和端口，然后监听该地址，等待客户端发起连接即可。一旦建立连接，便可以进行通信。

Go语言Socket编程（基于TCP，附带实例）

Go语言Socket通信的过程

1) 服务端

2) 客户端

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