在 Go 中实现一个支持并发的 TCP 服务端

在这篇文章中，我将介绍如何使用 Go 语言 开发一个用于返回随机数、支持并发的 TCP 服务端。对于每一个来自 TCP 客户端的连接，它都会启动一个新的 goroutine（轻量级线程）来处理相应的请求。

仅用大约 65 行代码，开发一个用于生成随机数、支持并发的 TCP 服务端。

TCP 和 UDP 服务端随处可见，它们基于 TCP/IP 协议栈，通过网络为客户端提供服务。在这篇文章中，我将介绍如何使用​​Go 语言​​开发一个用于返回随机数、支持并发的 TCP 服务端。对于每一个来自 TCP 客户端的连接，它都会启动一个新的 goroutine（轻量级线程）来处理相应的请求。

你可以在 GitHub 上找到本项目的源码：​​concTcp.go​​。

处理 TCP 连接

这个程序的主要逻辑在​​handleConnection()​​函数中，具体实现如下：

func handleConnection(c net.Conn) {
    fmt.Printf("Serving %s\n", c.RemoteAddr().String())
    for {
        netData, err := bufio.NewReader(c).ReadString('\n')
        if err != nil {
            fmt.Println(err)
            return
        }

        temp := strings.TrimSpace(string(netData))
        if temp == "STOP" {
            break
        }

        result := strconv.Itoa(random()) + "\n"
        c.Write([]byte(string(result)))
    }
    c.Close()
}

如果 TCP 客户端发送了一个 “STOP” 字符串，为它提供服务的 goroutine 就会终止；否则，TCP 服务端就会返回一个随机数给它。只要客户端不主动终止，服务端就会一直提供服务，这是由​​for​​循环保证的。具体来说，​​for​​循环中的代码使用了​​bufio.NewReader(c).ReadString('\n')​​来逐行读取客户端发来的数据，并使用​​c.Write([]byte(string(result)))​​来返回数据（生成的随机数）。你可以在 Go 的 net 标准包​​文档​​中了解更多。

支持并发

在​​main()​​函数的实现部分，每当 TCP 服务端收到 TCP 客户端的连接请求，它都会启动一个新的 goroutine 来为这个请求提供服务。

func main() {
    arguments := os.Args
    if len(arguments) == 1 {
        fmt.Println("Please provide a port number!")
        return
    }

    PORT := ":" + arguments[1]
    l, err := net.Listen("tcp4", PORT)
    if err != nil {
        fmt.Println(err)
        return
    }
    defer l.Close()
    rand.Seed(time.Now().Unix())

    for {
        c, err := l.Accept()
        if err != nil {
            fmt.Println(err)
            return
        }
        go handleConnection(c)
    }
}

首先，​​main()​​确保程序至少有一个命令行参数。注意，现有代码并没有检查这个参数是否为有效的 TCP 端口号。不过，如果它是一个无效的 TCP 端口号，​​net.Listen()​​就会调用失败，并返回一个错误信息，类似下面这样：

$ go run concTCP.go 12a
listen tcp4: lookup tcp4/12a: nodename nor servname provided, or not known
$ go run concTCP.go -10
listen tcp4: address -10: invalid port

​​net.Listen()​​函数用于告诉 Go 接受网络连接，因而承担了服务端的角色。它的返回值类型是​​net.Conn​​，后者实现了​​io.Reader​​和​​io.Writer​​接口。此外，​​main()​​函数中还调用了​​rand.Seed()​​函数，用于初始化随机数生成器。最后，​​for​​循环允许程序一直使用​​Accept()​​函数来接受 TCP 客户端的连接请求，并以 goroutine 的方式来运行​​handleConnection(c)​​函数，处理客户端的后续请求。

net.Listen() 的第一个参数

​​net.Listen()​​函数的第一个参数定义了使用的网络类型，而第二个参数定义了服务端监听的地址和端口号。第一个参数的有效值为​​tcp​​、​​tcp4​​、​​tcp6​​、​​udp​​、​​udp4​​、​​udp6​​、​​ip​​、​​ip4​​、​​ip6​​、​​Unix​​（Unix 套接字）、​​Unixgram​​和​​Unixpacket​​，其中：​​tcp4​​、​​udp4​​和​​ip4​​只接受 IPv4 地址，而​​tcp6​​、​​udp6​​和​​ip6​​只接受 IPv6 地址。

服务端并发测试

​​concTCP.go​​需要一个命令行参数，来指定监听的端口号。当它开始服务 TCP 客户端时，你会得到类似下面的输出：

$ go run concTCP.go 8001
Serving 127.0.0.1:62554
Serving 127.0.0.1:62556

​​netstat​​的输出可以确认​​congTCP.go​​正在为多个 TCP 客户端提供服务，并且仍在继续监听建立连接的请求：

$ netstat -anp TCP | grep 8001
tcp4    0   0 127.0.0.1.8001     127.0.0.1.62556    ESTABLISHED
tcp4    0   0 127.0.0.1.62556    127.0.0.1.8001     ESTABLISHED
tcp4    0   0 127.0.0.1.8001     127.0.0.1.62554    ESTABLISHED
tcp4    0   0 127.0.0.1.62554    127.0.0.1.8001     ESTABLISHED
tcp4    0   0 *.8001         *.*          LISTEN

在上面输出中，最后一行显示了有一个进程正在监听 8001 端口，这意味着你可以继续连接 TCP 的 8001
端口。第一行和第二行显示了有一个已建立的 TCP 网络连接，它占用了 8001 和 62556
端口。相似地，第三行和第四行显示了有另一个已建立的 TCP 连接，它占用了 8001 和 62554 端口。

下面这张图片显示了​​concTCP.go​​在服务多个 TCP 客户端时的输出：

concTCP.go TCP 服务端测试

类似地，下面这张图片显示了两个 TCP 客户端的输出（使用了​​nc​​工具）：

是用 nc 工具作为 concTCP.go 的 TCP 客户端

你可以在​​维基百科​​上找到更多关于​​nc​​（即​​netcat​​）的信息。

总结

现在，你学会了如何用大约 65 行 Go 代码来开发一个生成随机数、支持并发的 TCP 服务端，这真是太棒了！如果你想要让你的 TCP 服务端执行别的任务，只需要修改​​handleConnection()​​函数即可。