浅谈Go网络编程

聊一聊Go网络编程开发，说到网络编程开发必然离不开网络协议，大家最熟知的莫过于TCP/IP体系，实际上开发中，大家接触的最多的还是HTTP协议。在理论上，OSI模型把网络分成7层，但实际应用中是分为4层，从下到上分别是物理接口层、网络层、传输层、应用层。

每一层做不同的事情，分工明确，同时便于扩展，比如物理层指的就是网卡，又被称为调制解调器，它负责把电信号和数字信号之间做转换，这一块其实很多人不理解，也是非常难理解的地方，下面咱就聊一聊。

1.OSI网络模型

物理层

首先，大家需要知道，我们在电脑上（虚拟世界）在键盘上敲的文字最终会被转换成01010011这样的形式去保存或传输。有人就杠了，我明明看到记事本里面存的是中文啊，不是0和1。你可以这么理解，记事本只是一个软件，它运行在操作系统之上，当你查看一个文档的时候，首先这个软件会通过IO调用，打开存储在你磁盘上的文件，这个文件必然是二进制的，如果软件直接显示给你，你肯定看不懂（不排除有高手可以人眼读懂二进制）。这个时候这个软件就做了一件事，它根据你保存文件时候的编码方式（GBK或者UTF8），把0和1转换成了你能看懂的字符（人类的文字）。

这个过程是必须的，实际上任何人类可读的文本都必须有编码方式，不然像记事本这类工具就歇菜了，比如以前中文还分为了GBK、GB2130等好几种编码，好在现在全世界基本上都统一用UTF8了，编码问题不常见了。

但是在物理上（现实世界）并没有0和1这2个东西，0和1这只是人类为了方便记忆虚构的一个概念，我们需要能够代表0和1意思的东西或者机制。

人类为了记录数据，最原始的做法就是刻字，后来发明了纸和笔。现代的机械硬盘得工作原理就像是刻字，只不过笔是磁头，纸是磁盘，它通过一种复杂的机制去保存0和1的状态。可以说，人类发明的所有计算机以及网络设备都是在以各种花样的形式处理、保存、读取0和1，二进制是所有计算机文明的基础。

磁盘解决了存储问题，我们只需要把磁盘插入电脑设备接口，然后读取里面的内容，但是通过网络传输就不太一样了，因为这个网线并不认识0和1，所以就有人发明了网卡，它能把通过网线传输的电信号转换成计算机认识的0和1，现在很多都是光纤网络，光猫的作用就算把光信号转换成数字信号。

网络层

越过物理层之后，来到网络层就相对简单很多了，这一层就开始有代码了，这也是IP协议所在的地方，IP协议本质上解决的是2个网络设备之间端到端的传输问题，至于包里面放的是TCP还是UDP它不管。

可能有人觉得这一层比较简单，实际上并不是，如果单纯的只是局域网里面2台机器端对端之间传输确实不复杂，但是如果放大到整个国家，两台电脑之间通信得经过无数台路由器、交换机等通信设备，如何选择最快的路径、如何高效的转发数据等也并非易事。

然而，作为程序员，一般也很少接触这一层，这一层更多还是基于硬件做一些开发，比如说交换机、路由器等通信设备。

传输层

到了这一层，基本上就算代码的世界了，也是程序员接触非常多的一层，比如TCP协议，TCP人如其名：传输控制协议，其中重点在于控制。说白了，就是怎么保证数据传输完整可靠，所以就有了三次握手、拥堵控制等机制。

当然能在这一层做开发的都是大神级别的程序员，很多时候我们只是去用、理解这个TCP协议，更多的普通程序员还在下一层。

应用层

这一层最知名的就是HTTP协议，相比上面的TCP协议简单多了，协议内容都是文本的，人眼直接看就明白了。

这块有个误区，有人说HTTP协议是超文本传输协议，是不是意味着传输的内容都是文本？肯定不是，虽然说HTTP经常用来做Web开发，并不是说人家只能用来传输HTML，二进制内容也是没问题的，这里的文本是指协议内容，具体就是指请求头和响应头。

应用层的协议非常之多，因为门槛太低了，是个人都能开发一个协议，算上那种私有和公有的协议，估计得有几千种，很多公司一言不合就搞个协议出来自己玩，但是这么多年过去了，成为事实标准的协议并不多，开发常用的也就那几个。

2.封包和拆包

理解了OSI模型之外，我们还需要知道一点，那就网络通信的时候是有2个端，虽然来说有server端和client端之分，实际上区别不大，因为TCP的通信是双向的，无论是client还是server都可以发送接受数据。

实际上，每一次完整的通信都需要经过2个过程，一个是封包，一个是解包，这个2个过程是相反的，这有点像是剥洋葱，从一边到另一边，必须先从外向里剥，然后再从里向外剥，洋葱芯就是物理层。

其实这个过程对于开发者来说是隐藏的，实际上开发中我们也不需要一步步一层层封装，但是我们需要了解这个过程。

3.Go编程实战

Go自带的net库有着非常丰富的功能，封装的非常强大，有时候我们也称之为Socket编程，它是介于传输层和应用层之间的抽象层，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

一张经典的TCP网络编程的流程图即可解释完整过程：

下面让咱一下实战代码：

一、server端

package main

import (
    "fmt"
    "net"
)

func main() {
    // 1.Listen
    listener, err := net.Listen("tcp", "127.0.0.1:8080")
    if err != nil {
        panic("Listen error!")
    }
    defer listener.Close()
    for {
        // 2.Accept
        conn, err := listener.Accept()
        if err != nil {
            panic("Accept error!")
        }
        buf := make([]byte, 1024)
        // 3.Read
        length, err := conn.Read(buf)
        if err != nil {
            panic("Read from conn error!")
        }

        fmt.Printf("Recived Data: %s\n", string(buf[:length]))

        conn.Write([]byte("Hello from server\n"))
        // 4.Close
        conn.Close()
    }
}

代码基本上没什么难度，就是那几个调用，但是这几个调用的背后才是网络通信的核心，今天先不说原理，单论这段代码，它实现了一个TCP服务器，能够接受请求，读取输入，写入一段输出，然后关闭连接。但是这个服务只是演示，实际应用存在很多问题，比如说并发能力弱、存在”粘包“问题。

怎么去验证这个服务呢？咱先拿Telnet试一下,Telnet发送的数据是纯TCP数据

不过我们也可以拿ssh试试，你会发现会报错，当然这很正常，我们又没有去实现ssh协议

1 2	jwang@jun:~$ ssh root@127.0.0.1 -p 8080 ssh_exchange_identification: Connection closed by remote host

同时server端这边的结果是：

1	Recived Data: SSH-2.0-OpenSSH_7.2p2 Ubuntu-4ubuntu2.10

这说明一个事情，ssh客户端发的第一个包的内容是ssh的版本，当然由于服务端没有按照协议的方式正确的响应结果，所以自然无法正常连接。

二、client端

除了使用一些现成的工具之外，我们也可以自己实现一个客户端去连接我们刚刚写的服务端，也是非常简单：

package main

import (
    "fmt"
    "net"
)

func main() {
    // 1.Dial
    conn, err := net.Dial("tcp", "127.0.0.1:8080")
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    // 2.Write
    conn.Write([]byte("Hello from client\n"))

    buf := make([]byte, 1024)
    // 3.Read
    length, err := conn.Read(buf)
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    fmt.Printf("Recived Data: %s\n", string(buf[:length]))
    // 4.Close
    conn.Close()
}

代码也非常简单不作多说，就是建立一个连接，然后发送数据、接受数据、关闭连接的过程。大家在使用这个net库的时候会发现还有ListenTCP、DialTCP等方法，其实底层都一样，只是参数写法上ListenTCP更加严谨。虽然只是几个简单的函数调用，但是其背后却代表整个OSI网络模型，Go在这方面是大大简化了网络编程的复杂度。