Socket程式設計
在很多底層網絡應用開發者的眼裡一切程式設計都是Socket，話雖然有點誇張，但卻也幾乎如此了，現在的網絡程式設計幾乎都是用Socket來程式設計。你想過這些情景麼？我們每天打開浏覽器浏覽網頁時，浏覽器程序怎麼和Web伺服器進行通信的呢？當你用QQ聊天時，QQ程序怎麼和伺服器或者是你的好友所在的QQ程序進行通信的呢？當你打開PPstream觀看視訊時，PPstream程序如何與視訊伺服器進行通信的呢？ 如此種種，都是靠Socket來進行通信的，以一斑窺全豹，可見Socket程式設計在現代程式設計中占據了多麼重要的地位，這一節我們将介紹Go語言中如何進行Socket程式設計。
什麼是Socket？
Socket起源于Unix，而Unix基本哲學之一就是“一切皆檔案”，都可以用“打開open –> 讀寫write/read –> 關閉close”模式來操作。Socket就是該模式的一個實作，網絡的Socket資料傳輸是一種特殊的I/O，Socket也是一種檔案描述符。Socket也具有一個類似于打開檔案的函數調用：Socket()，該函數傳回一個整型的Socket描述符，随後的連接配接建立、資料傳輸等操作都是通過該Socket實作的。
常用的Socket類型有兩種：流式Socket（SOCK_STREAM）和資料報式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一種面向連接配接的Socket，針對于面向連接配接的TCP服務應用；資料報式Socket是一種無連接配接的Socket，對應于無連接配接的UDP服務應用。
Socket如何通信
網絡中的程序之間如何通過Socket通信呢？首要解決的問題是如何唯一辨別一個程序，否則通信無從談起！在本地可以通過程序PID來唯一辨別一個程序，但是在網絡中這是行不通的。其實TCP/IP協定族已經幫我們解決了這個問題，網絡層的“ip位址”可以唯一辨別網絡中的主機，而傳輸層的“協定+端口”可以唯一辨別主機中的應用程式（程序）。這樣利用三元組（ip位址，協定，端口）就可以辨別網絡的程序了，網絡中需要互相通信的程序，就可以利用這個标志在他們之間進行互動。請看下面這個TCP/IP協定結構圖
使用TCP/IP協定的應用程式通常采用應用程式設計接口：UNIX BSD的套接字（socket）和UNIX System V的TLI（已經被淘汰），來實作網絡程序之間的通信。就目前而言，幾乎所有的應用程式都是采用socket，而現在又是網絡時代，網絡中程序通信是無處不在，這就是為什麼說“一切皆Socket”。
Socket基礎知識
通過上面的介紹我們知道Socket有兩種：TCP Socket和UDP Socket，TCP和UDP是協定，而要确定一個程序的需要三元組，需要IP位址和端口。
IPv4位址
目前的全球網際網路所采用的協定族是TCP/IP協定。IP是TCP/IP協定中網絡層的協定，是TCP/IP協定族的核心協定。目前主要采用的IP協定的版本号是4(簡稱為IPv4)，發展至今已經使用了30多年。
IPv4的位址位數為32位，也就是最多有2的32次方的網絡裝置可以聯到Internet上。近十年來由于網際網路的蓬勃發展，IP位址的需求量愈來愈大，使得IP位址的發放愈趨緊張，前一段時間，據報道IPV4的位址已經發放完畢，我們公司目前很多伺服器的IP都是一個寶貴的資源。
位址格式類似這樣：127.0.0.1 172.122.121.111
IPv6位址
IPv6是下一版本的網際網路協定，也可以說是下一代網際網路的協定，它是為了解決IPv4在實施過程中遇到的各種問題而被提出的，IPv6采用128位位址長度，幾乎可以不受限制地提供位址。按保守方法估算IPv6實際可配置設定的位址，整個地球的每平方米面積上仍可配置設定1000多個位址。在IPv6的設計過程中除了一勞永逸地解決了位址短缺問題以外，還考慮了在IPv4中解決不好的其它問題，主要有端到端IP連接配接、服務品質（QoS）、安全性、多點傳播、移動性、即插即用等。
位址格式類似這樣：2002:c0e8:82e7:0:0:0:c0e8:82e7
Go支援的IP類型
在Go的net包中定義了很多類型、函數和方法用來網絡程式設計，其中IP的定義如下：
type IP []byte 在net包中有很多函數來操作IP，但是其中比較有用的也就幾個，其中ParseIP(s string) IP函數會把一個IPv4或者IPv6的位址轉化成IP類型，請看下面的例子:
package main
import (
"net"
"os"
"fmt"
)
func main() {
if len(os.Args) != 2 {
fmt.Fprintf(os.Stderr, "Usage: %s ip-addr\n", os.Args[0])
os.Exit(1)
}
name := os.Args[1]
addr := net.ParseIP(name)
if addr == nil {
fmt.Println("Invalid address")
} else {
fmt.Println("The address is ", addr.String())
}
os.Exit(0)
} 執行之後你就會發現隻要你輸入一個IP位址就會給出相應的IP格式
TCP Socket
當我們知道如何通過網絡端口通路一個服務時，那麼我們能夠做什麼呢？作為用戶端來說，我們可以通過向遠端某台機器的的某個網絡端口發送一個請求，然後得到在機器的此端口上監聽的服務回報的資訊。作為服務端，我們需要把服務綁定到某個指定端口，并且在此端口上監聽，當有用戶端來通路時能夠讀取資訊并且寫入回報資訊。
在Go語言的net包中有一個類型TCPConn，這個類型可以用來作為用戶端和伺服器端互動的通道，他有兩個主要的函數：
func (c *TCPConn) Write(b []byte) (int, error)
func (c *TCPConn) Read(b []byte) (int, error) TCPConn可以用在用戶端和伺服器端來讀寫資料。
還有我們需要知道一個TCPAddr類型，他表示一個TCP的位址資訊，他的定義如下：
type TCPAddr struct {
IP IP
Port int
Zone string // IPv6 scoped addressing zone
} 在Go語言中通過ResolveTCPAddr擷取一個TCPAddr
func ResolveTCPAddr(net, addr string) (*TCPAddr, os.Error) - net參數是"tcp4"、"tcp6"、"tcp"中的任意一個，分别表示TCP(IPv4-only), TCP(IPv6-only)或者TCP(IPv4, IPv6的任意一個)。
- addr表示域名或者IP位址，例如"www.google.com:80" 或者"127.0.0.1:22"。
TCP client
Go語言中通過net包中的DialTCP函數來建立一個TCP連接配接，并傳回一個TCPConn類型的對象，當連接配接建立時伺服器端也建立一個同類型的對象，此時用戶端和伺服器段通過各自擁有的TCPConn對象來進行資料交換。一般而言，用戶端通過TCPConn對象将請求資訊發送到伺服器端，讀取伺服器端響應的資訊。伺服器端讀取并解析來自用戶端的請求，并傳回應答資訊，這個連接配接隻有當任一端關閉了連接配接之後才失效，不然這連接配接可以一直在使用。建立連接配接的函數定義如下：
func DialTCP(network string, laddr, raddr *TCPAddr) (*TCPConn, error) - net參數是"tcp4"、"tcp6"、"tcp"中的任意一個，分别表示TCP(IPv4-only)、TCP(IPv6-only)或者TCP(IPv4,IPv6的任意一個)
- laddr表示本機位址，一般設定為nil
- raddr表示遠端的服務位址
接下來我們寫一個簡單的例子，模拟一個基于HTTP協定的用戶端請求去連接配接一個Web服務端。我們要寫一個簡單的http請求頭，格式類似如下：
"HEAD / HTTP/1.0\r\n\r\n" 從服務端接收到的響應資訊格式可能如下：
HTTP/1.0 200 OK
ETag: "-9985996"
Last-Modified: Thu, 25 Mar 2010 17:51:10 GMT
Content-Length: 18074
Connection: close
Date: Sat, 28 Aug 2010 00:43:48 GMT
Server: lighttpd/1.4.23 我們的用戶端代碼如下所示：
package main
import (
"fmt"
"io/ioutil"
"net"
"os"
)
func main() {
if len(os.Args) != 2 {
fmt.Fprintf(os.Stderr, "Usage: %s host:port ", os.Args[0])
os.Exit(1)
}
service := os.Args[1]
tcpAddr, err := net.ResolveTCPAddr("tcp4", service)
checkError(err)
conn, err := net.DialTCP("tcp", nil, tcpAddr)
checkError(err)
_, err = conn.Write([]byte("HEAD / HTTP/1.0\r\n\r\n"))
checkError(err)
result, err := ioutil.ReadAll(conn)
checkError(err)
fmt.Println(string(result))
os.Exit(0)
}
func checkError(err error) {
if err != nil {
fmt.Fprintf(os.Stderr, "Fatal error: %s", err.Error())
os.Exit(1)
}
} 通過上面的代碼我們可以看出：首先程式将使用者的輸入作為參數service傳入net.ResolveTCPAddr擷取一個tcpAddr,然後把tcpAddr傳入DialTCP後建立了一個TCP連接配接conn，通過conn來發送請求資訊，最後通過ioutil.ReadAll從conn中讀取全部的文本，也就是服務端響應回報的資訊。
TCP server
上面我們編寫了一個TCP的用戶端程式，也可以通過net包來建立一個伺服器端程式，在伺服器端我們需要綁定服務到指定的非激活端口，并監聽此端口，當有用戶端請求到達的時候可以接收到來自用戶端連接配接的請求。net包中有相應功能的函數，函數定義如下：
func ListenTCP(network string, laddr *TCPAddr) (*TCPListener, error)
func (l *TCPListener) Accept() (Conn, error) 參數說明同DialTCP的參數一樣。下面我們實作一個簡單的時間同步服務，監聽7777端口
package main
import (
"fmt"
"net"
"os"
"time"
)
func main() {
service := ":7777"
tcpAddr, err := net.ResolveTCPAddr("tcp4", service)
checkError(err)
listener, err := net.ListenTCP("tcp", tcpAddr)
checkError(err)
for {
conn, err := listener.Accept()
if err != nil {
continue
}
daytime := time.Now().String()
conn.Write([]byte(daytime)) // don't care about return value
conn.Close() // we're finished with this client
}
}
func checkError(err error) {
if err != nil {
fmt.Fprintf(os.Stderr, "Fatal error: %s", err.Error())
os.Exit(1)
}
} 上面的服務跑起來之後，它将會一直在那裡等待，直到有新的用戶端請求到達。當有新的用戶端請求到達并同意接受Accept該請求的時候他會回報目前的時間資訊。值得注意的是，在代碼中for循環裡，當有錯誤發生時，直接continue而不是退出，是因為在伺服器端跑代碼的時候，當有錯誤發生的情況下最好是由服務端記錄錯誤，然後目前連接配接的用戶端直接報錯而退出，進而不會影響到目前服務端運作的整個服務。
上面的代碼有個缺點，執行的時候是單任務的，不能同時接收多個請求，那麼該如何改造以使它支援多并發呢？Go裡面有一個goroutine機制，請看下面改造後的代碼
package main
import (
"fmt"
"net"
"os"
"time"
)
func main() {
service := ":1200"
tcpAddr, err := net.ResolveTCPAddr("tcp4", service)
checkError(err)
listener, err := net.ListenTCP("tcp", tcpAddr)
checkError(err)
for {
conn, err := listener.Accept()
if err != nil {
continue
}
go handleClient(conn)
}
}
func handleClient(conn net.Conn) {
defer conn.Close()
daytime := time.Now().String()
conn.Write([]byte(daytime)) // don't care about return value
// we're finished with this client
}
func checkError(err error) {
if err != nil {
fmt.Fprintf(os.Stderr, "Fatal error: %s", err.Error())
os.Exit(1)
}
} 通過把業務處理分離到函數handleClient，我們就可以進一步地實作多并發執行了。看上去是不是很帥，增加go關鍵詞就實作了服務端的多并發，從這個小例子也可以看出goroutine的強大之處。
有的朋友可能要問：這個服務端沒有處理用戶端實際請求的内容。如果我們需要通過從用戶端發送不同的請求來擷取不同的時間格式，而且需要一個長連接配接，該怎麼做呢？請看：
package main
import (
"fmt"
"net"
"os"
"time"
"strconv"
"strings"
)
func main() {
service := ":1200"
tcpAddr, err := net.ResolveTCPAddr("tcp4", service)
checkError(err)
listener, err := net.ListenTCP("tcp", tcpAddr)
checkError(err)
for {
conn, err := listener.Accept()
if err != nil {
continue
}
go handleClient(conn)
}
}
func handleClient(conn net.Conn) {
conn.SetReadDeadline(time.Now().Add(2 * time.Minute)) // set 2 minutes timeout
request := make([]byte, 128) // set maxium request length to 128B to prevent flood attack
defer conn.Close() // close connection before exit
for {
read_len, err := conn.Read(request)
if err != nil {
fmt.Println(err)
break
}
if read_len == 0 {
break // connection already closed by client
} else if strings.TrimSpace(string(request[:read_len])) == "timestamp" {
daytime := strconv.FormatInt(time.Now().Unix(), 10)
conn.Write([]byte(daytime))
} else {
daytime := time.Now().String()
conn.Write([]byte(daytime))
}
request = make([]byte, 128) // clear last read content
}
}
func checkError(err error) {
if err != nil {
fmt.Fprintf(os.Stderr, "Fatal error: %s", err.Error())
os.Exit(1)
}
} 在上面這個例子中，我們使用conn.Read()不斷讀取用戶端發來的請求。由于我們需要保持與用戶端的長連接配接，是以不能在讀取完一次請求後就關閉連接配接。由于conn.SetReadDeadline()設定了逾時，當一定時間内用戶端無請求發送，conn便會自動關閉，下面的for循環即會因為連接配接已關閉而跳出。需要注意的是，request在建立時需要指定一個最大長度以防止flood attack；每次讀取到請求處理完畢後，需要清理request，因為conn.Read()會将新讀取到的内容append到原内容之後。
控制TCP連接配接
TCP有很多連接配接控制函數，我們平常用到比較多的有如下幾個函數：
func DialTimeout(net, addr string, timeout time.Duration) (Conn, error) 設定建立連接配接的逾時時間，用戶端和伺服器端都适用，當超過設定時間時，連接配接自動關閉。
func (c *TCPConn) SetReadDeadline(t time.Time) error
func (c *TCPConn) SetWriteDeadline(t time.Time) error 用來設定寫入/讀取一個連接配接的逾時時間。當超過設定時間時，連接配接自動關閉。
func (c *TCPConn) SetKeepAlive(keepalive bool) os.Error 設定keepAlive屬性，是作業系統層在tcp上沒有資料和ACK的時候，會間隔性的發送keepalive包，作業系統可以通過該包來判斷一個tcp連接配接是否已經斷開，在windows上預設2個小時沒有收到資料和keepalive包的時候人為tcp連接配接已經斷開，這個功能和我們通常在應用層加的心跳包的功能類似。
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