02.丟掉nc,自己實現echo客戶端
引言
上一篇文章『要瘋了，到底什麼是網路程式設計?』,我們用
Go實現了自己的echo伺服器，並且使用nc偽裝echo客戶端和我們自己寫的echo伺服器進行了收發資料互動，並對這一過程進行了詳細的講解。這一節我們將用Go實現自己的echo客戶端，Let's go。
目錄
設計思路
- 使用Go語言開發我們的
echo客戶端，最小使用Go語言的原生net網路庫，從而直擊網路程式設計的本質。 - 從標準輸入讀取資料，發往伺服器，讀取伺服器返回的資料，列印到標準輸出。
- 注意讀寫資料細節問題。
echo客戶端程式碼
/** * File: echoClient.go * Author: 蛇叔 * 公眾號: 蛇叔程式設計心法 */ package main import ( "bufio" "fmt" "net" "os" "syscall" ) const ( PORT = 8888 ADDR = "127.0.0.1" SIZE = 100 ) func main() { // 1. 建立socket socketFd, err := syscall.Socket(syscall.AF_INET, syscall.SOCK_STREAM, 0) if err != nil || socketFd < 0 { fmt.Println("socket create err: ", err) os.Exit(-1) } ip4 := net.ParseIP(ADDR).To4() if ip4 == nil { fmt.Println("net.ParseIP err") os.Exit(-1) } sa := &syscall.SockaddrInet4{Port:PORT} copy(sa.Addr[:], ip4) // 2. 發起主動連線 err = syscall.Connect(socketFd, sa) if err != nil { fmt.Println("socket connect err: ", err) os.Exit(-1) } var ( bufReader = bufio.NewReader(os.Stdin) buf = make([]byte, SIZE) writen int readn int err2 error ) for { // 3. 從標準輸入讀取資料 line, _, err := bufReader.ReadLine() if err != nil { fmt.Println("bufReader.ReadLine err: ", err) break } buf = line[:] // 4. 向socket對端寫入資料 writen, err2 = syscall.Write(socketFd, buf) if writen > 0 { readn, err2 =syscall.Read(socketFd, buf) if readn > 0 { fmt.Println("read from socket: ") fmt.Println(string(buf[:readn])) } else { break } } else if writen <= 0 && err2 != nil { fmt.Printf("socket write; writen:%d, err: %s\n", writen, err2) break } } // 5. close socketFd _ = syscall.Close(socketFd) }
# 編譯
go build -o echoClient echoCLient.go
# 啟動上一節的`echoServer`
./echoServer
# 執行echoClient
./echoClient
# 傳送字串,列印返回
hello-echo
read from socket:
hello-echo
互動詳解
上一篇文章，我們畫了echo伺服器和echo客戶端詳細的互動過程。
echo客戶端並不需要bind(), listen()，想一想這是為什麼呢?
其實bind會將當前socket和一個埠相繫結，這樣就限制了客戶端的自由性。假如你要在一臺機器啟動多個echoClient
bind了一個埠，那麼第二個echoClient就啟動不了了。至於listen只有在被動連線的時候才需要監聽套接字，echoClient客戶端無疑是需要主動發起連線的。在C/S架構中，也一定是客戶端主動發起連線。
建立
socket核心資料結構
// 1. 建立socket socketFd, err := syscall.Socket(syscall.AF_INET, syscall.SOCK_STREAM, 0) if err != nil || socketFd < 0 { fmt.Println("socket create err: ", err) os.Exit(-1) }
echoClient第一步就是建立socket核心資料結構，並繫結一個file。都說Linux一切皆檔案。那如何才能觀察到這個檔案呢?
首先我們把之後的程式碼都忽略掉。當新建了一個socket核心資料結構後，給我們返回一個socketFd。我們在後邊加一行for {}。如下：
// 1. 建立socket
socketFd, err := syscall.Socket(syscall.AF_INET, syscall.SOCK_STREAM, 0)
if err != nil || socketFd < 0 {
fmt.Println("socket create err: ", err)
os.Exit(-1)
}
for {
}
這時候，我們編譯go build -o echoClient echoClient.go, 並執行 ./echoClient。
[root@VM-16-9-centos ~]# ps -ef |head -1 ; ps -ef|grep echo |grep -v grep
UID PID PPID C STIME TTY TIME CMD
root 5662 3085 0 22:06 pts/0 00:00:00 ./echoServer
root 5755 5689 0 22:06 pts/1 00:00:00 ./echoClient
我們首先通過ps和grep命令，找到了echo客戶端的程序號為5755。
[root@VM-16-9-centos v1]# lsof -nP -p 5755
COMMAND PID USER FD TYPE DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
echoClien 5755 root cwd DIR 253,1 4096 1180315 /root/wx/v1
echoClien 5755 root rtd DIR 253,1 4096 2 /
echoClien 5755 root txt REG 253,1 2035084 1051843 /root/wx/v1/echoClient
echoClien 5755 root 0u CHR 136,3 0t0 6 /dev/pts/3
echoClien 5755 root 1u CHR 136,3 0t0 6 /dev/pts/3
echoClien 5755 root 2u CHR 136,3 0t0 6 /dev/pts/3
echoClien 5755 root 3u sock 0,7 0t0 24732864 protocol: TCP
之後，我們通過lsof命令檢視echoClient程序開啟的檔案，這裡我們著重關注最後一列
Linux中一切皆檔案。socket套接字也不例外。3u中3表示的是這個socket檔案描述符，u表示這是一個讀寫方式開啟的檔案。TYPE列中的sock表示這是一個socket檔案型別。最後的TCP說明該sock是基於Tcp協議的。
發起主動握手
去掉之前的for{}程式碼，我們正常編譯執行一下。echoClient呼叫Connect發起3次握手的主動連線，也就是會給對端傳送一個SYN同步原語，等待echoServer收到後，發來ACK,SYN,之後echoClient傳送ACK給echoServer。此時Connect返回，Connect認為三次握手已經完成，echoClient端的TCP狀態變為ESTABLISHED。我們通過命令列工具lsof再檢視一下。
[root@VM-16-9-centos ~]# lsof -nP -p 5755
COMMAND PID USER FD TYPE DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
echoClien 5755 root cwd DIR 253,1 4096 1180315 /root/wx/v1
echoClien 5755 root rtd DIR 253,1 4096 2 /
echoClien 5755 root txt REG 253,1 2197037 1051837 /root/wx/v1/echoClient
echoClien 5755 root mem REG 253,1 2156240 265623 /usr/lib64/libc-2.17.so
echoClien 5755 root mem REG 253,1 142144 265649 /usr/lib64/libpthread-2.17.so
echoClien 5755 root mem REG 253,1 163312 265614 /usr/lib64/ld-2.17.so
echoClien 5755 root 0u CHR 136,1 0t0 4 /dev/pts/1
echoClien 5755 root 1u CHR 136,1 0t0 4 /dev/pts/1
echoClien 5755 root 2u CHR 136,1 0t0 4 /dev/pts/1
echoClien 5755 root 3u IPv4 24694342 0t0 TCP 127.0.0.1:52230->127.0.0.1:8888 (ESTABLISHED)
這裡我們仍然著重關注最後一列：
3u中3表示的是這個socket檔案描述符，u表示這是一個讀寫方式開啟的檔案。TYPE列中的IPv4和NODE的TCP表示這是一個基於ipv4的tcp型別的socket。最後的Name也唯一確定了一個socket的檔名。52230表示是echoClient客戶端隨機選擇的一個埠號，目的地址是127.0.0.1:8888也正是我們的echoServer伺服器地址。最後ESTABLISHED表示這個TCP連線是一個ESTABLISHED狀態的連線，和我們預期的一樣。在這裡，我們通過lsof真正做到了看的見的TCP。平時說的Linux一切皆檔案思想，也得到了真實的印證。
收發資料
writen, err2 = syscall.Write(socketFd, buf)
當3次握手成功後，echoClient向echoServer寫入資料，這裡如果寫入成功，writen一定是大於0,並且等於len(buf)的。因為這裡用的是阻塞模式（非阻塞模式，以後的文章會講，所以記得關注哦~~),如果socket傳送緩衝區空閒空間不夠，則syscall.Write會一隻阻塞，直到傳送緩衝區可以完全寫入資料。如果writen返回小於等於0則發生了錯誤。需要關閉連線。值得一提的是，如果對端echoServer程式奔潰，echoServer端核心協議棧會往客戶端傳送FIN,這時候echoClientread的時候，會返回0,也就是EOF。這種情況，通常需要客戶端關閉連線。
關閉
socket
最後呼叫Close(),關閉連線，這裡echoClient發起主動關閉。也就是會給echoServer傳送FIN。等待對端確認後，併發送過來FIN,我們回覆一個ACK, 客戶端會進入TIME_WAIT狀態。
那麼在close()之後，我們的echoClient客戶端程序內的套機字是啥樣的呢？我們在程式末尾加上for{},像之前一樣，編譯執行，等待一會，我們再通過lsof觀察一下echoClent客戶端。
[root@VM-16-9-centos ~]# lsof -nP -p 5755
COMMAND PID USER FD TYPE DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
echoClien 5755 root cwd DIR 253,1 4096 1180315 /root/wx/v1
echoClien 5755 root rtd DIR 253,1 4096 2 /
echoClien 5755 root txt REG 253,1 2197037 1051837 /root/wx/v1/echoClient
echoClien 5755 root mem REG 253,1 2156240 265623 /usr/lib64/libc-2.17.so
echoClien 5755 root mem REG 253,1 142144 265649 /usr/lib64/libpthread-2.17.so
echoClien 5755 root mem REG 253,1 163312 265614 /usr/lib64/ld-2.17.so
echoClien 5755 root 0u CHR 136,1 0t0 4 /dev/pts/1
echoClien 5755 root 1u CHR 136,1 0t0 4 /dev/pts/1
echoClien 5755 root 2u CHR 136,1 0t0 4 /dev/pts/1
這時候，我們會看到，之前的3u已經不存在了，標明這個socket檔案已經關閉了。
至此，我們的echoClient也分析完了。在CS架構中，客戶端和伺服器都是必不可少。比如我們的安卓或者IOS應用就是客戶端，每時每刻都在和我們的服務端在做網路互動。可以說網路程式設計是我們網際網路的基石。
上一篇和這一篇文章我們講解了正常的網路互動程式，下一篇我們將通過Wireshark和tcpdump一步步來分析下我們的echo客戶端/伺服器程式，並對一些可能的異常情況進行分析，希望大家多多關注，我們下期再見。
參考文獻
- 《TCP/IP詳解 卷1》
- 《Unix網路程式設計 卷1》
- 《計算機網路》
希望大家喜歡，原創文章不易，麻煩大家關注，在看，轉發一鍵三連，謝謝大家。希望通過程式碼+圖片的方式，教大家學看得見的網路程式設計。做不了火影主角，做個掌握核心科技的“蛇叔”也不錯哈