Go中的网络编程：TCP/UDP Socket编程实践

题目描述
网络编程是Go语言的核心优势领域之一，Go标准库提供了强大且易用的net包来处理TCP和UDP协议的网络通信。这个知识点要求你理解如何使用Go建立TCP和UDP的客户端与服务器，处理连接、读写数据以及管理并发连接。

解题过程

第一步：理解网络编程基础

1. Socket概念：Socket是网络通信的端点，应用程序通过Socket向网络发出请求或应答网络请求。在Go中，net.Conn接口代表了通用的网络连接。
2. 协议区别：
   • TCP：面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议。保证数据顺序和正确性，适合需要可靠传输的场景（如文件传输、Web请求）。
   • UDP：无连接的、不可靠的传输层协议。传输速度快，但不保证顺序和正确性，适合实时性要求高的场景（如视频流、DNS查询）。

第二步：TCP服务器实现

1. 监听端口：使用net.Listen("tcp", "address")在指定地址和端口开始监听TCP连接。

   listener, err := net.Listen("tcp", ":8080")
   if err != nil {
       log.Fatal(err)
   }
   defer listener.Close()
   

   • ":8080"表示监听所有网络接口的8080端口。

2. 接受连接：在无限循环中调用listener.Accept()接受客户端连接，每个连接返回一个net.Conn对象。

   for {
       conn, err := listener.Accept()
       if err != nil {
           log.Println("Accept error:", err)
           continue
       }
       go handleTCPConn(conn) // 为每个连接创建goroutine处理
   }
   

3. 处理连接：在单独的函数中处理连接，包括读取请求和发送响应。

   func handleTCPConn(conn net.Conn) {
       defer conn.Close() // 确保连接关闭
   
       // 读取客户端数据
       buf := make([]byte, 1024)
       n, err := conn.Read(buf)
       if err != nil {
           log.Println("Read error:", err)
           return
       }
       log.Printf("Received: %s", buf[:n])
   
       // 发送响应
       response := "Hello from TCP server"
       _, err = conn.Write([]byte(response))
       if err != nil {
           log.Println("Write error:", err)
       }
   }
   

第三步：TCP客户端实现

1. 建立连接：使用net.Dial("tcp", "server_address")连接到TCP服务器。

   conn, err := net.Dial("tcp", "localhost:8080")
   if err != nil {
       log.Fatal(err)
   }
   defer conn.Close()
   

2. 发送和接收数据：通过连接对象的Write和Read方法与服务器通信。

   // 发送数据
   message := "Hello from TCP client"
   _, err = conn.Write([]byte(message))
   if err != nil {
       log.Fatal(err)
   }
   
   // 接收响应
   buffer := make([]byte, 1024)
   n, err := conn.Read(buffer)
   if err != nil {
       log.Fatal(err)
   }
   log.Printf("Server response: %s", buffer[:n])
   

第四步：UDP服务器实现

1. 创建UDP地址：使用net.ResolveUDPAddr解析UDP地址。

   udpAddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", ":8081")
   if err != nil {
       log.Fatal(err)
   }
   

2. 监听UDP端口：使用net.ListenUDP创建UDP连接对象。

   conn, err := net.ListenUDP("udp", udpAddr)
   if err != nil {
       log.Fatal(err)
   }
   defer conn.Close()
   

3. 处理数据报：UDP是无连接的，直接使用ReadFromUDP和WriteToUDP处理数据。

   buffer := make([]byte, 1024)
   for {
       n, clientAddr, err := conn.ReadFromUDP(buffer)
       if err != nil {
           log.Println("Read error:", err)
           continue
       }
       log.Printf("Received from %s: %s", clientAddr, buffer[:n])
   
       // 发送响应到同一客户端
       response := "Hello from UDP server"
       _, err = conn.WriteToUDP([]byte(response), clientAddr)
       if err != nil {
           log.Println("Write error:", err)
       }
   }
   

第五步：UDP客户端实现

1. 建立UDP连接：使用net.DialUDP创建UDP连接。

   serverAddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", "localhost:8081")
   if err != nil {
       log.Fatal(err)
   }
   
   conn, err := net.DialUDP("udp", nil, serverAddr)
   if err != nil {
       log.Fatal(err)
   }
   defer conn.Close()
   

2. 发送和接收数据：

   // 发送数据
   message := "Hello from UDP client"
   _, err = conn.Write([]byte(message))
   if err != nil {
       log.Fatal(err)
   }
   
   // 接收响应
   buffer := make([]byte, 1024)
   n, addr, err := conn.ReadFromUDP(buffer)
   if err != nil {
       log.Fatal(err)
   }
   log.Printf("Server response from %s: %s", addr, buffer[:n])
   

第六步：关键注意事项

1. 错误处理：所有网络操作都可能失败，必须进行错误处理。
2. 资源释放：使用defer确保连接和监听器正确关闭，避免资源泄漏。
3. 并发安全：TCP服务器中为每个连接创建goroutine时，注意共享数据的并发访问安全。
4. 超时控制：使用SetDeadline、SetReadDeadline、SetWriteDeadline防止连接阻塞。
5. 缓冲区管理：合理设置读写缓冲区大小，避免内存浪费或数据截断。

通过以上步骤，你可以掌握Go中TCP和UDP Socket编程的基本模式，能够构建简单的网络客户端和服务器程序。实际应用中还需要考虑连接池、协议设计、负载均衡等高级话题。