golang微服务网关之网络基础知识

面试中被面试官经常问到的一些关于tcp网络知识问题今天依依给大家分析下（毫无保留分享：）

三次握手
四次挥手
为啥time_wait需要等待2MSL？
为啥会出现大量的close_wait?
什么时候会出现FIN-WAIT？
TCP为啥需要流量控制？
如何调整网络负载？
tcp为啥需要拥塞控制？
慢开始和拥塞避免？
快速重传和快速恢复？
为什么出现粘包/拆包？

为啥time_wait需要等待2MSL？

1，MSL:Maximum Segment Lifetime,30秒-1分钟

2，保证TCP协议的全双工连接能够可靠关闭

3,保证这次连接的重复数据段从网络中消失

为啥会出现大量的close_wait?

1,首先close_wait一般书现在被动方关闭

2，并发请求太多导致

3，被动关闭方未及时释放端口资源导致

CLOSE_WAIT产生原因
　　close_wait是被动关闭连接是形成的，根据TCP状态机，服务器端收到客户端发送的FIN，TCP协议栈会自动发送ACK，链接进入close_wait状态。但如果服务器端不执行socket的close()操作，状态就不能由close_wait迁移到last_ack，则系统中会存在很多close_wait状态的连接；

说白的就是并发可能有点大，io不能及时切换过去，I/O线程被意外阻塞，I/O操作处理不及时，链路不能被及时释放

TCP为啥需要流量控制？

如何调整网络负载，tcp为啥需要拥塞控制？

慢开始和拥塞避免

快速重传和快速恢复

所谓慢开始，tcp刚开始一点点传递试探一下网络的承受能力，以免扰乱网络通道的秩序

上图中，图标3处遇到网络拥塞，就把拥塞的窗口直接降为1了，然后重新开始慢开始，一点点递增

为了优化慢开始所以对算法进行了优化：快重传和快恢复

快速重传;当收到3个重复ACK 执行快重传：

会把当前拥塞窗口降为原来的一般。然后把拥塞避免的预值降为原来的一半，进入一个快速恢复的阶段

快速恢复：因为受到3次重复ack，丢包，只要是在这个阶段丢的包，会重复发送一遍，直到把所有丢失的包重新发送完毕后就会退出快速恢复阶段，

然后进入拥塞避免阶段

为什么出现粘包/拆包？

上图：

发送方由应用程序发送应用的报文，根据应用数据报文大小的不同，它会占用2个或者1个，应用的数据实际会发送到tcp的缓冲区里面（发送缓冲区）。真正发送是由linux内核走tcp连接发送；

tcp根据缓冲区大小来决定是否要粘包，粘包：多次请求合并到一个tcp报文中，拆包：一次请求拆到多个tcp报文里面，至于数据如何被包装都是由tcp底层去完成的。

因为我运用的其实是应用层，不需要关心它的细节，数据会流入接收方的接收缓冲区，接收方通过socket的reverve方法去获取到数据。

我们是在应用层通过socket 直接从bufer缓冲区拿取数据

如何获取完整应用的数据报文？

如何获取完整的数据报文？

实例代码：

package unpack

import (
    "encoding/binary"
    "errors"
    "io"
)

const Msg_Header = "12345678"

func Encode(bytesBuffer io.Writer, content string) error {
    //msg_header+content_len+content
    //8+4+content_len
    if err := binary.Write(bytesBuffer, binary.BigEndian, []byte(Msg_Header)); err != nil {
        return err
    }
    clen := int32(len([]byte(content)))
    if err := binary.Write(bytesBuffer, binary.BigEndian, clen); err != nil {
        return err
    }
    if err := binary.Write(bytesBuffer, binary.BigEndian, []byte(content)); err != nil {
        return err
    }
    return nil
}

func Decode(bytesBuffer io.Reader) (bodyBuf []byte, err error) {
    MagicBuf := make([]byte, len(Msg_Header))
    if _, err = io.ReadFull(bytesBuffer, MagicBuf); err != nil {
        return nil, err
    }
    if string(MagicBuf) != Msg_Header {
        return nil, errors.New("msg_header error")
    }

    lengthBuf := make([]byte, 4)
    if _, err = io.ReadFull(bytesBuffer, lengthBuf); err != nil {
        return nil, err
    }

    length := binary.BigEndian.Uint32(lengthBuf)
    bodyBuf = make([]byte, length)
    if _, err = io.ReadFull(bytesBuffer, bodyBuf); err != nil {
        return nil, err
    }
    return bodyBuf, err
}

D:gocode1.14.3gocodegateway_demodemoaseunpackunpackcodec.go

package main

import (
    "fmt"
    "github.com/e421083458/gateway_demo/demo/base/unpack/unpack"
    "net"
)

func main() {
    conn, err := net.Dial("tcp", "localhost:9090")
    defer conn.Close()
    if err != nil {
        fmt.Printf("connect failed, err : %v
", err.Error())
        return
    }
    unpack.Encode(conn, "hello world 0!!!")
}

D:gocode1.14.3gocodegateway_demodemoaseunpack cp_clientmain.go

package main

import (
    "fmt"
    "github.com/e421083458/gateway_demo/demo/base/unpack/unpack"
    "net"
)

func main() {
    //simple tcp server
    //1.监听端口
    listener, err := net.Listen("tcp", "0.0.0.0:9090")
    if err != nil {
        fmt.Printf("listen fail, err: %v
", err)
        return
    }

    //2.接收请求
    for {
        conn, err := listener.Accept()
        if err != nil {
            fmt.Printf("accept fail, err: %v
", err)
            continue
        }

        //3.创建协程
        go process(conn)
    }
}

func process(conn net.Conn) {
    defer conn.Close()
    for {
        bt, err := unpack.Decode(conn)
        if err != nil {
            fmt.Printf("read from connect failed, err: %v
", err)
            break
        }
        str := string(bt)
        fmt.Printf("receive from client, data: %v
", str)
    }
}

D:gocode1.14.3gocodegateway_demodemoaseunpack cp_servermain.go

golang创建udp服务和客户端

package main

import (
    "fmt"
    "net"
)

func main() {
    //step 1 连接服务器
    conn, err := net.DialUDP("udp", nil, &net.UDPAddr{
        IP:   net.IPv4(127, 0, 0, 1),
        Port: 9090,
    })

    if err != nil {
        fmt.Printf("connect failed, err: %v
", err)
        return
    }

    for i := 0; i < 100; i++ {
        //step 2 发送数据
        _, err = conn.Write([]byte("hello server!"))
        if err != nil {
            fmt.Printf("send data failed, err : %v
", err)
            return
        }

        //step 3 接收数据
        result := make([]byte, 1024)
        n, remoteAddr, err := conn.ReadFromUDP(result)
        if err != nil {
            fmt.Printf("receive data failed, err: %v
", err)
            return
        }
        fmt.Printf("receive from addr: %v  data: %v
", remoteAddr, string(result[:n]))
    }
}

D:gocode1.14.3gocodegateway_demodemoaseudp_clientmain.go

package main

import (
    "fmt"
    "net"
)

func main() {
    //step 1 监听服务器
    listen, err := net.ListenUDP("udp", &net.UDPAddr{
        IP:   net.IPv4(0, 0, 0, 0),
        Port: 9090,
    })
    if err != nil {
        fmt.Printf("listen failed, err:%v
", err)
        return
    }

    //step 2 循环读取消息内容
    for {
        var data [1024]byte
        n, addr, err := listen.ReadFromUDP(data[:])
        if err != nil {
            fmt.Printf("read failed from addr: %v, err: %v
", addr, err)
            break
        }

        go func() {
            //todo sth
            //step 3 回复数据
            fmt.Printf("addr: %v data: %v  count: %v
", addr, string(data[:n]), n)
            _, err = listen.WriteToUDP([]byte("received success!"), addr)
            if err != nil {
                fmt.Printf("write failed, err: %v
", err)
            }
        }()
    }
}

D:gocode1.14.3gocodegateway_demodemoaseudp_servermain.go

golang创建tcp服务器和客户端

package main

import (
    "fmt"
    "net"
)

func main() {
    //1、监听端口
    listener, err := net.Listen("tcp", "0.0.0.0:9090")
    if err != nil {
        fmt.Printf("listen fail, err: %v
", err)
        return
    }

    //2.建立套接字连接
    for {
        conn, err := listener.Accept()
        if err != nil {
            fmt.Printf("accept fail, err: %v
", err)
            continue
        }

        //3. 创建处理协程
        go process(conn)
    }
}

func process(conn net.Conn) {
    defer conn.Close()    //思考题：这里不填写会有啥问题？
    for {
        var buf [128]byte
        n, err := conn.Read(buf[:])

        if err != nil {
            fmt.Printf("read from connect failed, err: %v
", err)
            break
        }
        str := string(buf[:n])
        fmt.Printf("receive from client, data: %v
", str)
    }
}

服务端

package client

import (
    "bufio"
    "fmt"
    "net"
    "os"
    "strings"
)

func main()  {
    doSend()
    fmt.Print("doSend over")
    doSend()
    fmt.Print("doSend over")
    //select {}
}


func doSend() {
    //1、连接服务器
    conn, err := net.Dial("tcp", "localhost:9090")
    defer conn.Close()    //思考题：这里不填写会有啥问题？
    if err != nil {
        fmt.Printf("connect failed, err : %v
", err.Error())
        return
    }
    //2、读取命令行输入
    inputReader := bufio.NewReader(os.Stdin)
    for {
        // 3、一直读取直到读到

        input, err := inputReader.ReadString('
')
        if err != nil {
            fmt.Printf("read from console failed, err: %v
", err)
            break
        }
        // 4、读取Q时停止
        trimmedInput := strings.TrimSpace(input)
        if trimmedInput == "Q" {
            break
        }
        // 5、回复服务器信息
        _, err = conn.Write([]byte(trimmedInput))
        if err != nil {
            fmt.Printf("write failed , err : %v
", err)
            break
        }
    }
}

客户端

客户端：defer conn.Close()  //思考题：这里不填写会有啥问题？（连接一直在建立状态，除非tcp连接探测后才会关闭）

服务端：defer conn.Close()  //思考题：这里不填写会有啥问题？
客户端发起了关闭，服务端没有关闭，此时按照四次挥手图分析：
客户端是主动关闭方，客户端此时处于FIN-WAIT-2;
服务端属于被动关闭方，服务端处于CLOSE-WAIT状态；

golang创建http服务

服务端：

创建路由器；
设置路由规则；
创建服务器；
监听端口并提供服务；

客户端：

创建连接池：
创建客户端；
请求数据；
读取内容；

package main

import (
    "fmt"
    "io/ioutil"
    "net"
    "net/http"
    "time"
)

func main() {
    // 创建连接池
    transport := &http.Transport{
        DialContext: (&net.Dialer{
            Timeout:   30 * time.Second, //连接超时
            KeepAlive: 30 * time.Second, //探活时间
        }).DialContext,
        MaxIdleConns:          100,              //最大空闲连接
        IdleConnTimeout:       90 * time.Second, //空闲超时时间
        TLSHandshakeTimeout:   10 * time.Second, //tls握手超时时间
        ExpectContinueTimeout: 1 * time.Second,  //100-continue状态码超时时间
    }
    // 创建客户端
    client := &http.Client{
        Timeout:   time.Second * 30, //请求超时时间
        Transport: transport,
    }
    // 请求数据
    resp, err := client.Get("http://127.0.0.1:1210/bye")
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    defer resp.Body.Close()
    // 读取内容
    bds, err := ioutil.ReadAll(resp.Body)
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    fmt.Println(string(bds))
}

http客户端

package main

import (
    "log"
    "net/http"
    "time"
)

var (
    Addr = ":1210"
)

func main() {
    // 创建路由器
    mux := http.NewServeMux()
    // 设置路由规则
    mux.HandleFunc("/bye", sayBye)
    // 创建服务器
    server := &http.Server{
        Addr:         Addr,
        WriteTimeout: time.Second * 3,
        Handler:      mux,
    }
    // 监听端口并提供服务
    log.Println("Starting httpserver at "+Addr)
    log.Fatal(server.ListenAndServe())
}

func sayBye(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    time.Sleep(1 * time.Second)
    w.Write([]byte("bye bye ,this is httpServer"))
}

http服务端

golang http服务器源码分析：

在分析httpserver源码之前，请看看此文章，了解下type func的用法，函数式一等公民概念，不然下面代码可能难以理解。

type关键字的用法

从最简单的例子开始：

package main

import (
    "log"
    "net/http"
    "time"
)

var (
    Addr = ":1210"
)

func main() {
    // 创建路由器
    mux := http.NewServeMux()
    // 设置路由规则
    mux.HandleFunc("/bye", sayBye)
    // 创建服务器
    server := &http.Server{
        Addr:         Addr,
        WriteTimeout: time.Second * 3,
        Handler:      mux,
    }
    // 监听端口并提供服务
    log.Println("Starting httpserver at "+Addr)
    log.Fatal(server.ListenAndServe())
}

func sayBye(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    time.Sleep(1 * time.Second)
    w.Write([]byte("bye bye ,this is httpServer"))
}

来看看HandleFunc是啥？

// HandleFunc registers the handler function for the given pattern.
func (mux *ServeMux) HandleFunc(pattern string, handler func(ResponseWriter, *Request)) {
    if handler == nil {
        panic("http: nil handler")
    }
    mux.Handle(pattern, HandlerFunc(handler))
}

HandlerFunc(handler)

此处就是用到了type关键字把一个函数转成HandlerFunc 类型，并且实现了ServeHTTP方法

type HandlerFunc func(ResponseWriter, *Request)

// ServeHTTP calls f(w, r).
func (f HandlerFunc) ServeHTTP(w ResponseWriter, r *Request) {
    f(w, r)
}

ServeHTTP方法又实现了Handler接口

type Handler interface {
    ServeHTTP(ResponseWriter, *Request)
}

通过回调思路最终执行了sayBye（）

mu:一把锁

m：存放着路由和回调函数

type ServeMux struct {
    mu    sync.RWMutex
    m     map[string]muxEntry
    es    []muxEntry // slice of entries sorted from longest to shortest.
    hosts bool       // whether any patterns contain hostnames
}

h 注册的函数

pattern 注册的路由

type muxEntry struct {
    h       Handler
    pattern string
}

注册路由

mux.Handle(pattern, HandlerFunc(handler))

开启服务：

func (srv *Server) ListenAndServe() error {
    if srv.shuttingDown() {
        return ErrServerClosed
    }
    addr := srv.Addr
    if addr == "" {
        addr = ":http"
    }
    ln, err := net.Listen("tcp", addr)
    if err != nil {
        return err
    }
    return srv.Serve(ln)
}

func (srv *Server) Serve(l net.Listener) error

处理链接：

func (mux *ServeMux) ServeHTTP(w ResponseWriter, r *Request) {
    if r.RequestURI == "*" {
        if r.ProtoAtLeast(1, 1) {
            w.Header().Set("Connection", "close")
        }
        w.WriteHeader(StatusBadRequest)
        return
    }
    h, _ := mux.Handler(r)
    h.ServeHTTP(w, r)
}

func (mux *ServeMux) Handler(r *Request) (h Handler, pattern string)

httpClient源码简单解析：

先看看一个简单的例子：

package main

import (
    "fmt"
    "io/ioutil"
    "net"
    "net/http"
    "time"
)

func main() {
    // 创建连接池
    transport := &http.Transport{
        DialContext: (&net.Dialer{
            Timeout:   30 * time.Second, //连接超时
            KeepAlive: 30 * time.Second, //探活时间
        }).DialContext,
        MaxIdleConns:          100,              //最大空闲连接
        IdleConnTimeout:       90 * time.Second, //空闲超时时间
        TLSHandshakeTimeout:   10 * time.Second, //tls握手超时时间
        ExpectContinueTimeout: 1 * time.Second,  //100-continue状态码超时时间
    }
    // 创建客户端
    client := &http.Client{
        Timeout:   time.Second * 30, //请求超时时间
        Transport: transport,
    }
    // 请求数据
    resp, err := client.Get("http://127.0.0.1:1210/bye")
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    defer resp.Body.Close()
    // 读取内容
    bds, err := ioutil.ReadAll(resp.Body)
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    fmt.Println(string(bds))
}

分析以后继续。。。。。。。。

下一篇网络代理之HTTP代理

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