利用Golang實(shí)現(xiàn)TCP連接的雙向拷貝詳解

發(fā)布時間：2020-09-03 16:00:02 來源：腳本之家閱讀：253 作者：陶文欄目：編程語言

前言

本文主要給大家介紹了關(guān)于Golang實(shí)現(xiàn)TCP連接的雙向拷貝的相關(guān)內(nèi)容，分享出來供大家參考學(xué)習(xí)，下面話不多說了，來一起看看詳細(xì)的介紹吧。

最簡單的實(shí)現(xiàn)

每次來一個Server的連接，就新開一個Client的連接。用一個goroutine從server拷貝到client，再用另外一個goroutine從client拷貝到server。任何一方斷開連接，雙向都斷開連接。

func main() {
 runtime.GOMAXPROCS(1)
 listener, err := net.Listen("tcp", "127.0.0.1:8848")
 if err != nil {
 panic(err)
 }
 for {
 conn, err := listener.Accept()
 if err != nil {
 panic(err)
 }
 go handle(conn.(*net.TCPConn))
 }
}

func handle(server *net.TCPConn) {
 defer server.Close()
 client, err := net.Dial("tcp", "127.0.0.1:8849")
 if err != nil {
 fmt.Print(err)
 return
 }
 defer client.Close()
 go func() {
 defer server.Close()
 defer client.Close()
 buf := make([]byte, 2048)
 io.CopyBuffer(server, client, buf)
 }()
 buf := make([]byte, 2048)
 io.CopyBuffer(client, server, buf)
}

一個值得注意的地方是io.Copy的默認(rèn)buffer比較大，給一個小的buffer可以支持更多的并發(fā)連接。

這兩個goroutine并序在一個退出之后，另外一個也退出。這個的實(shí)現(xiàn)是通過關(guān)閉server或者client的socket來實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)閟ocket被關(guān)閉了，io.CopyBuffer 就會退出。

Client端實(shí)現(xiàn)連接池

一個顯而易見的問題是，每次Server的連接進(jìn)來之后都需要臨時去建立一個新的Client的端的連接。這樣在代理的總耗時里就包括了一個tcp連接的握手時間。如果能夠讓Client端實(shí)現(xiàn)連接池復(fù)用已有連接的話，可以縮短端到端的延遲。

var pool = make(chan net.Conn, 100)

func borrow() (net.Conn, error) {
 select {
 case conn := <- pool:
 return conn, nil
 default:
 return net.Dial("tcp", "127.0.0.1:8849")
 }
}

func release(conn net.Conn) error {
 select {
 case pool <- conn:
 // returned to pool
 return nil
 default:
 // pool is overflow
 return conn.Close()
 }
}

func handle(server *net.TCPConn) {
 defer server.Close()
 client, err := borrow()
 if err != nil {
 fmt.Print(err)
 return
 }
 defer release(client)
 go func() {
 defer server.Close()
 defer release(client)
 buf := make([]byte, 2048)
 io.CopyBuffer(server, client, buf)
 }()
 buf := make([]byte, 2048)
 io.CopyBuffer(client, server, buf)
}

這個版本的實(shí)現(xiàn)是顯而易見有問題的。因?yàn)檫B接在歸還到池里的時候并不能保證是還保持連接的狀態(tài)。另外一個更嚴(yán)重的問題是，因?yàn)閏lient的連接不再被關(guān)閉了，當(dāng)server端關(guān)閉連接時，從client向server做io.CopyBuffer的goroutine就無法退出了。

所以，有以下幾個問題要解決：

如何在一個goroutine時退出時另外一個goroutine也退出？
怎么保證歸還給pool的連接是有效的？
怎么保持在pool中的連接仍然是一直有效的？

通過SetDeadline中斷Goroutine

一個普遍的觀點(diǎn)是Goroutine是無法被中斷的。當(dāng)一個Goroutine在做conn.Read時，這個協(xié)程就被阻塞在那里了。實(shí)際上并不是毫無辦法的，我們可以通過conn.Close來中斷Goroutine。但是在連接池的情況下，又無法Close鏈接。另外一種做法就是通過SetDeadline為一個過去的時間戳來中斷當(dāng)前正在進(jìn)行的阻塞讀或者阻塞寫。

var pool = make(chan net.Conn, 100)

type client struct {
 conn net.Conn
 inUse *sync.WaitGroup
}

func borrow() (clt *client, err error) {
 var conn net.Conn
 select {
 case conn = <- pool:
 default:
 conn, err = net.Dial("tcp", "127.0.0.1:18849")
 }
 if err != nil {
 return nil, err
 }
 clt = &client{
 conn: conn,
 inUse: &sync.WaitGroup{},
 }
 return
}

func release(clt *client) error {
 clt.conn.SetDeadline(time.Now().Add(-time.Second))
 clt.inUse.Done()
 clt.inUse.Wait()
 select {
 case pool <- clt.conn:
 // returned to pool
 return nil
 default:
 // pool is overflow
 return clt.conn.Close()
 }
}

func handle(server *net.TCPConn) {
 defer server.Close()
 clt, err := borrow()
 if err != nil {
 fmt.Print(err)
 return
 }
 clt.inUse.Add(1)
 defer release(clt)
 go func() {
 clt.inUse.Add(1)
 defer server.Close()
 defer release(clt)
 buf := make([]byte, 2048)
 io.CopyBuffer(server, clt.conn, buf)
 }()
 buf := make([]byte, 2048)
 io.CopyBuffer(clt.conn, server, buf)
}

通過SetDeadline實(shí)現(xiàn)了goroutine的中斷，然后通過sync.WaitGroup來保證這些使用方都退出了之后再歸還給連接池。否則一個連接被復(fù)用的時候，之前的使用方可能還沒有退出。

連接有效性

為了保證在歸還給pool之前，連接仍然是有效的。連接在被讀寫的過程中如果發(fā)現(xiàn)了error，我們就要標(biāo)記這個連接是有問題的，會釋放之后直接close掉。但是SetDeadline必然會導(dǎo)致讀取或者寫入的時候出現(xiàn)一次timeout的錯誤，所以還需要把timeout排除掉。

var pool = make(chan net.Conn, 100)

type client struct {
 conn net.Conn
 inUse *sync.WaitGroup
 isValid int32
}

const maybeValid = 0
const isValid = 1
const isInvalid = 2

func (clt *client) Read(b []byte) (n int, err error) {
 n, err = clt.conn.Read(b)
 if err != nil {
 if !isTimeoutError(err) {
 atomic.StoreInt32(&clt.isValid, isInvalid)
 }
 } else {
 atomic.StoreInt32(&clt.isValid, isValid)
 }
 return
}

func (clt *client) Write(b []byte) (n int, err error) {
 n, err = clt.conn.Write(b)
 if err != nil {
 if !isTimeoutError(err) {
 atomic.StoreInt32(&clt.isValid, isInvalid)
 }
 } else {
 atomic.StoreInt32(&clt.isValid, isValid)
 }
 return
}

type timeoutErr interface {
 Timeout() bool
}

func isTimeoutError(err error) bool {
 timeoutErr, _ := err.(timeoutErr)
 if timeoutErr == nil {
 return false
 }
 return timeoutErr.Timeout()
}

func borrow() (clt *client, err error) {
 var conn net.Conn
 select {
 case conn = <- pool:
 default:
 conn, err = net.Dial("tcp", "127.0.0.1:18849")
 }
 if err != nil {
 return nil, err
 }
 clt = &client{
 conn: conn,
 inUse: &sync.WaitGroup{},
 isValid: maybeValid,
 }
 return
}

func release(clt *client) error {
 clt.conn.SetDeadline(time.Now().Add(-time.Second))
 clt.inUse.Done()
 clt.inUse.Wait()
 if clt.isValid == isValid {
 return clt.conn.Close()
 }
 select {
 case pool <- clt.conn:
 // returned to pool
 return nil
 default:
 // pool is overflow
 return clt.conn.Close()
 }
}

func handle(server *net.TCPConn) {
 defer server.Close()
 clt, err := borrow()
 if err != nil {
 fmt.Print(err)
 return
 }
 clt.inUse.Add(1)
 defer release(clt)
 go func() {
 clt.inUse.Add(1)
 defer server.Close()
 defer release(clt)
 buf := make([]byte, 2048)
 io.CopyBuffer(server, clt, buf)
 }()
 buf := make([]byte, 2048)
 io.CopyBuffer(clt, server, buf)
}

判斷 error 是否是 timeout 需要類型強(qiáng)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。

對于連接池里的conn是否仍然是有效的，如果用后臺不斷ping的方式來實(shí)現(xiàn)成本比較高。因?yàn)椴煌膮f(xié)議要連接保持需要不同的ping的方式。一個最簡單的辦法就是下次用的時候試一下。如果連接不好用了，則改成新建一個連接，避免連續(xù)拿到無效的連接。通過這種方式把無效的連接給淘汰掉。

關(guān)于正確性

本文在杭州機(jī)場寫成，完全不保證內(nèi)容的正確性

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對億速云的支持。

向AI問一下細(xì)節(jié)

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