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浅谈Socket编程

2015.10.20 23:12 11420浏览

说到Socket,想必大家会觉得陌生又熟悉。许多同学听说过Socket,但仅仅知道它翻译成中文叫做套接字,除此之外似乎并没有太多的了解了。那么今天我就来抛砖引玉地聊一聊Socket。有人说

The lower application layers are all about socket programming
应用的底层全是和socket打交道

一看到涉及底层,有的同学就表示:图片描述
其实这些东西并不深奥,只要花一些时间去看,肯定是能够看懂的,并且一但找到了点儿感觉,会觉得Socket非常有趣。
你难道不好奇浏览器是怎样和web服务器勾搭在一起来取悦你的吗?许多网络应用都通过Socket来交流,所以Socket在网络编程里占有了很重要的地位。
那么言归正传,到底什么是Socket的呢?——大学教材上的答案是套接字。我个人觉得这是一个不太好的翻译,虽然说仔细一想有那么点儿意思,但是99%的人即使看见套接字这个词,依然不知道是什么鬼,所以没有翻译的必要。就像Rap你硬要说中文翻译叫拉普也没啥意义对吧。
在Unix中,有一种说法叫

Everything is a file
一切皆文件

所以你只需要记住Socket是某种类型文件的抽象图片描述
怎么理解这句话呢?想象一下,假设你要开发一个网络应用,需要在两个客户端之间发消息。整个过程可能包含以下步骤:

  • 客户端组装数据
  • 客户端之间约定好数据格式
  • 客户端向指定地址发送请求
  • DNS服务器解析请求地址
  • DNS没有找到地址,然后跳转到另一个DNS,一直到找到为止
  • 返回客户端真实的IP
  • 客户端向对应IP建立连接请求(三次握手)
  • 开始发送数据,窗口以2的k次幂大小滑动
    ……
    以上省略一本页数为1047的《TCP/IP》图片描述
    有人可能已经喷了,你不是说Socket编程很简单吗,这还叫简单?
    正因为这很复杂,所以前人们对这个过程进行了一种抽象,来帮助我们编程。
    你不就是想把数据发给对方吗?组装数据然后发给某人这个过程,和组装好数据然后写到某个文件里有什么区别呢?对了,没有区别。
    Socket就是一种特殊的文件。它是一个连接了两个用户的文件,任何一个用户向Socket里写数据,另一个用户都能看得到,不管这两个用户分布在世界上相距多么遥远的角落,感觉就像坐在一起传纸条一样
    这么讲Socket应该更容易理解吧?这种抽象是非常重要的,因为它屏蔽了更底层的东西,我就想写个程序发送下数据,为什么要关系物理层怎么传输呢,对吧。
    所以有了Socket的概念之后,我们在两个客户端之间发送消息可能就是这样的:
  • 指定对方的地址
  • 打开一个和对方连接的Socket
  • 把Socket当成普通的文件,往里写数据
  • 要是发现Socket里有数据,就读出来,那必然是对方发过来的

这样的话,网络编程是不是就非常简单了呢?
那么下面我们用Go语言作为示例,演示一下。

package main

import (
    "fmt"
    "net"
    "os"
)

func main() {
    //使用tcp协议,要监听的是6666端口
    tcpAddr, err := net.ResolveTcpAddr("tcp", "localhost:6666")
    checkError(err)
    //开始监听
    fd, err := net.ListenTcp("tcp", tcpAddr)
    checkError(err)
    for {
        //获取Socket
        conn, err := fd.Accept()
        if err != nil {
            continue
        }
        //你的逻辑
        go Handle(conn)
    }
}

func Handle(conn *net.Conn) {
    //You can do anything you want to here...
}

func checkError(err error) {
    if err != nil {
        fmt.Fprintln(os.Stderr, err)
        os.Exit(1)
    }
}

端口是什么概念?可以近似这么想:一台电脑就是你家的小区,你买东西如果填的地址是你家小区,那么快递员最多能把东西送到小区门口;但是如果你写上了你家的门牌号,那么快递员就能送到你家门口。同样的,电脑上同时运行着很多程序,比如QQ,旺旺…但是电脑只有只有一个IP地址,一条消息来了没人知道这个消息是给谁的,于是就有了端口的概念。QQ在这台电脑的4567端口,旺旺在这台电脑1234端口。发消息的人只要知道它在什么端口,就能准确地把消息发过来了。
同样的,网络通信两端的人得事先约定好一个端口,然后一个人守着这个端口,待另一方连接了这个端口,这才算建立了Socket连接。就好两个人打电话,不需要关心信号怎么转换和传输,但在建立这次通话之前必须有人拨号,同时有人守在电话旁。
于是上面的代码应该就可以理解了吧?
一个程序猿走到"localhost:6666"这个“电话”旁边

tcpAddr,err := net.ResolveTcpAddr("tcp","localhost:6666")`

然后坐下来等电话响

fd,err := net.ListenTcp("tcp", tcpAddr)

他也不知道女朋友什么时候打电话过来,于是开始了漫长的等待

//一个死循环
for {
    conn,err := fd.Accept()
    //电话没有响就一直堵在上面这条语句
}

在漫长地等待中,突然电话响了,然后开始了一段佳话(程序终于不堵了,接着向下执行)

go Handle(conn)

Handle方法就用来处理对话,数据都在conn里面,只需要学习相关的API就能知道怎么把具体的内容取出来了。
整个过程是不是很简单?
有些机智的同学可能已经发现了,要这样的话,两个人都在等对方打电话过来,岂不是就终身无缘了(这种误会就像韩剧)。对的,所以我们还需要知道,如何给对方拨号。这是很关键的一步,一般妹子不好意思,那么自然我们得上了。
怎么拨号呢?请看代码:

import (
    "fmt"
    "io/ioutil"
    "net"
    "os"
)

func main() {
    tcpAddr, err := net.ResolveTcpAddr("tcp", "localhost:6666")
    checkError(err)
    conn, err := net.DialTcp("tcp", nil, tcpAddr)
    checkError(err)
    _, err = conn.Write([]byte("妹子,约吗?"))
    result, err := ioutil.ReadAll(conn)
    //不约,叔叔我们不约
}

func checkError(err error) {
    if err != nil {
        fmt.Fprintln(os.Stderr, err)
        os.Exit(1)
    }
}

解释一下,一般妹子都比较含蓄,告诉你联系方式不那么直接,你得破解一下

tcpAddr := net.ResolveTcpAddr("tcp", "localhost:6666")

呵呵,嘴上说不要身体却很诚实嘛,这么容易就破解了。(其实是Go的包比较好用好吗!)
然后按着电话号拨打电话

conn, err := net.DialTcp("tcp", nil, tcpAddr)

电话打通了,conn就代表这次通话。屌丝们已经急不可耐了,于是大喊一句:

_, err = conn.Write([]byte("妹子,约吗?"))

为什么我第一个返回值用_,这表示我不想知道函数的返回结果,即Write了多少个字节。我问妹子约不约,你说我关不关心这句话包含几个字节?

result, err := ioutil.ReadAll(conn)

妹子给的回复就在result里,慢慢去琢磨吧……


以上示例并不完整,完整的示例网上到处可见,希望大家能自己写一写。
本篇只是粗浅地讲了讲什么是Socket编程以及基本过程,之后会有更细致地讲解(比如:并发)。

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