利用Golang实现TCP连接的双向拷贝详解
前言
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本文主要给大家介绍了关于Golang实现TCP连接的双向拷贝的相关内容，分享出来供大家参考学习，下面话不多说了，来一起看看详细的介绍吧。
最简单的实现
每次来一个Server的连接，就新开一个Client的连接。用一个goroutine从server拷贝到client，再用另外一个goroutine从client拷贝到server。任何一方断开连接，双向都断开连接。
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)
}一个值得注意的地方是io.Copy的默认buffer比较大，给一个小的buffer可以支持更多的并发连接。
这两个goroutine并序在一个退出之后，另外一个也退出。这个的实现是通过关闭server或者client的socket来实现的。因为socket被关闭了，io.CopyBuffer 就会退出。
Client端实现连接池
一个显而易见的问题是，每次Server的连接进来之后都需要临时去建立一个新的Client的端的连接。这样在代理的总耗时里就包括了一个tcp连接的握手时间。如果能够让Client端实现连接池复用已有连接的话，可以缩短端到端的延迟。
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)
}这个版本的实现是显而易见有问题的。因为连接在归还到池里的时候并不能保证是还保持连接的状态。另外一个更严重的问题是，因为client的连接不再被关闭了，当server端关闭连接时，从client向server做io.CopyBuffer的goroutine就无法退出了。
所以，有以下几个问题要解决：
- 如何在一个goroutine时退出时另外一个goroutine也退出？
- 怎么保证归还给pool的连接是有效的？
- 怎么保持在pool中的连接仍然是一直有效的？
通过SetDeadline中断Goroutine
一个普遍的观点是Goroutine是无法被中断的。当一个Goroutine在做conn.Read时，这个协程就被阻塞在那里了。实际上并不是毫无办法的，我们可以通过conn.Close来中断Goroutine。但是在连接池的情况下，又无法Close链接。另外一种做法就是通过SetDeadline为一个过去的时间戳来中断当前正在进行的阻塞读或者阻塞写。
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)
}通过SetDeadline实现了goroutine的中断，然后通过sync.WaitGroup来保证这些使用方都退出了之后再归还给连接池。否则一个连接被复用的时候，之前的使用方可能还没有退出。
连接有效性
为了保证在归还给pool之前，连接仍然是有效的。连接在被读写的过程中如果发现了error，我们就要标记这个连接是有问题的，会释放之后直接close掉。但是SetDeadline必然会导致读取或者写入的时候出现一次timeout的错误，所以还需要把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)
}判断 error 是否是 timeout 需要类型强转来实现。
对于连接池里的conn是否仍然是有效的，如果用后台不断ping的方式来实现成本比较高。因为不同的协议要连接保持需要不同的ping的方式。一个最简单的办法就是下次用的时候试一下。如果连接不好用了，则改成新建一个连接，避免连续拿到无效的连接。通过这种方式把无效的连接给淘汰掉。
关于正确性
本文在杭州机场写成，完全不保证内容的正确性
总结
以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，如果有疑问大家可以留言交流，谢谢大家对创新互联的支持。
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