36｜打稳根基：怎么实现一个TCP服务器？（上）

Tony Bai

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该思维导图由 AI 生成，仅供参考

你好，我是 Tony Bai。欢迎来到这门课的最后一个部分：实战篇。
在进入正文之前，我先来说点题外话。去年我读过一本名为《陪孩子走过初中三年》的书，书中作者女儿的初中班主任有一句“名言”：“跟上了！”作者对这句名言的解读是：学习上，她强调孩子们学习的时候不要掉队，意思是一要跟上老师的步子，上课认真听讲，课后老师留的作业要不打折扣地去完成；二也要跟上年级和班级的进度。只要能紧紧地跟上，学习就不会有太大的问题。
在前面课程的留言区，我也经常用“跟上了”作为学习这门课的建议，和我一起同步走到这里的同学，都是践行“跟上了”这句“名言”的典范，从开篇词到现在，你是不是已经感受到了自己在 Go 语言方面的进步了呢？
好了，我们言归正传。关于最后一篇写啥，我也想了许久。开篇词中提过，实战篇的职责是带着你走完 Go 语言学习的“最后一公里”，那究竟什么是“最后一公里呢？该如何理解这最后一公里呢？
我的理解是，在掌握了前面的 Go 语言语法的前提下，这“最后一公里”就是面对一个实际问题的解决思路。很多语言初学者都有这样一个问题，即便学完了语法，面对一个实际问题时，还是也不知道该从何处着手。
其实这个事并没有那么难，尤其是程序员这一行，遇到一个实际问题，我们通常使用这个思路：

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本文深入介绍了TCP服务器的实现技术，以Go语言为例，详细讲解了网络编程的概念、TCP/IP网络模型、TCP和UDP协议的特点和应用场景。重点讨论了阻塞I/O、非阻塞I/O和I/O多路复用等网络I/O模型，并解释了Go语言采用的阻塞I/O模型及其实现原理。此外，还介绍了socket监听与接收连接的核心套路，以及服务端程序的处理流程。文章还涵盖了向服务端建立TCP连接、全双工通信和Socket读操作等内容。通过具体例子和代码展示了TCP服务器实现中的阻塞、部分数据写入和超时等特殊情况，为读者呈现了实际应用中的挑战和解决方案。同时，还提到了多Goroutine并发读写Socket的情况，为读者展示了更加复杂的应用场景。整体而言，本文内容丰富，适合对TCP服务器实现技术感兴趣的读者深入学习和实践。文章内容详实，通过具体例子和代码展示了TCP服务器实现中的阻塞、部分数据写入和超时等特殊情况，为读者呈现了实际应用中的挑战和解决方案。

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在下宝龙、
老师我想问一下按照老师你的图，select不是也阻塞了线程么，应用线程也不能做其他的事情，难道应用线程和select的线程不是同一个吗
作者回复: io多路复用顾名思义，一个线程可以处理多个socket，只要有一个socket上可读或可写，线程就会忙碌起来。当然如果所有socket都不可读，也不可写，那么该线程的确是处理阻塞状态。但这和一个线程仅能处理一个socket，还阻塞在该socket的读/写上相比，是有质的飞跃的。
2022-01-24

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bearlu
老师，有没有netpoller的相关实现资料参考？
作者回复: 我最初是看了这篇文章 https://morsmachine.dk/netpoller ，之后自己read source code的。只有自己读代码，结果才深刻。
2022-01-24

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撕影
由于go的GPM模型存在，实现多路复用简直就是降维打击。只挂起G而不挂起M，在G的视角里就是个阻塞模型而已，妙啊
作者回复: 👍
2022-11-30归属地：辽宁
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Aeins
读完，好多细节还抓不住 1. go 中的 Socket 是操作系统 socket 的封装。go 通过 netpoller 模拟了阻塞式的I/O，运行时还是使用的I/O多路复用(不同操作系统提供了不同的系统调用，epoll等) 连接复用的情况 0. 读写都有锁保护 1. 多 goroutine 并发读，如何正确的指定度多少数据呢，给少了，会读不全，被其他 goroutine 读走，给多了，会读取不属于自己的数据吧。 2. 多 goroutine 并发写，如果一次写入一个完整的”业务包“，一般能保证单个业务包的完整，如果写超时，会有部分写入问题吗？一次写入一个业务包，TCP会从面向数据流，退化到面向业务包码？读的一端，为了区分不同goroutine(共用连接，数据不共享)的数据，要采取特殊的读取方式吗，需要以包为单位读取？
作者回复: 这里仅是介绍了并发下网络I/O的可能存在的极端情况。实际设计中，尽量避免对一个socket的并发读和并发写。
2022-06-06
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bearlu
谢谢老师。我跟上了。还特意买了你新出的Go语言精进之路1，2，打算过年继续精进。
作者回复: 👍。
2022-01-24
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Mew151
本节课的代码参见：https://github.com/dgqypl/tcpprogramming
作者回复: 👍
2022-10-10归属地：辽宁
2
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一打七
老师，有个地方想不清楚，请教一下。现在都是长连接复用一个tcp连接，这时服务端读取一个请求的部分数据后异常了，还有一部分数据未读取，这时下一个请求过来了，服务端应该怎么处理上一个请求遗留的那部分数据？因为tcp层面是没有业务语义的，怎么区分这部分数据要不要丢弃。
作者回复: tcp仅是传输层协议。如何识别应用层协议包的是应用层协议来规定的。像你提到的，如果某个应用层请求包存在数据异常，如果异常会导致后续所有请求均处理失败，那么意味着这个连接存在的意义不大了，断连是最好的选择。后续的请求由于没有得到服务端的应答，所以client端应该选择重发。如果数据异常的请求对后续新请求没有太大影响，服务端可以选择将请求的剩余数据读取后，回复特定的失败应答。然后继续读取和处理后续的新请求。
2022-07-06

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lesserror
以前没接触过socket编程，只是经常看到这个知识点。感谢Tony Bai老师的细致讲解。有几点疑惑，烦请老师解答。 1. 我们的输入，是一个基于传输层自定义的应用层协议规范。这里的输入该怎么理解呢？ 2. 在阻塞 I/O 模型下，并等所有数据就绪后，将数据从内核空间拷贝到用户空间，最后系统调用从内核空间返回。为什么不是用户空间返回呢？ 3. 文中的非阻塞 I/O 模型架构图中的：EAGAIN/EWOULDBLOCK 这几个英文单词是什么意思，没查出来。
作者回复: 很高兴又看到lesserror回来学习了！我来说说你提出的问题。 1. 输入：指的是我们要实现的tcp服务器的输入，就是服务器要接收的数据。这些数据符合某种应用层协议的规范。 2. 系统调用后，线程便进入内核空间执行了，即进入内核态。在内核态的系统调用代码将获得的数据从内核层的缓存中copy到用户层的内存中，执行结束后，从内核态返回用户态。用户便可以在用户层的内存中看到已经返回的数据了。可以参考一下《深入理解计算机系统3rd》这本书对计算机整体做了一个全面深入了解。 3. EAGAIN/EWOULDBLOCK 是两个系统级的错误。E是前缀，以EAGAIN为例，即Error Again，即告知调用者重试。
2022-02-17

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Calvin
老师，文章中“I/O 多路复用框架”的举例中： 1、libev 的链接点击没反应（是 http://software.schmorp.de/pkg/libev.html 这个链接吗？）； 2、libuv 的链接对应的 github 仓库貌似已经迁移到 https://github.com/libuv/libuv 了。
作者回复: 1. 是的，文中链接好像多了一个空格，导致无效了。 2. 确实。感谢提醒。我让编辑老师改一下。
2022-01-26
2
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罗杰
并发往 socket 中写数据时，需要一次 write 操作完整的写入一个“业务包”，这实现有点难呀，万一只成功写入一部分，这可不能回滚呀。
作者回复: 你的业务场景中有并发写一个conn的情况么？
2022-01-24
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