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:\gocode1.14.3\gocode\gateway_demo\demo\base\unpack\unpack\codec.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\n", err.Error())
return
}
unpack.Encode(conn, "hello world 0!!!")
}
D:\gocode1.14.3\gocode\gateway_demo\demo\base\unpack\tcp_client\main.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\n", err)
return
}
//2.接收请求
for {
conn, err := listener.Accept()
if err != nil {
fmt.Printf("accept fail, err: %v\n", 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\n", err)
break
}
str := string(bt)
fmt.Printf("receive from client, data: %v\n", str)
}
}
D:\gocode1.14.3\gocode\gateway_demo\demo\base\unpack\tcp_server\main.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\n", 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\n", 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\n", err)
return
}
fmt.Printf("receive from addr: %v data: %v\n", remoteAddr, string(result[:n]))
}
}
D:\gocode1.14.3\gocode\gateway_demo\demo\base\udp_client\main.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\n", 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\n", addr, err)
break
}
go func() {
//todo sth
//step 3 回复数据
fmt.Printf("addr: %v data: %v count: %v\n", addr, string(data[:n]), n)
_, err = listen.WriteToUDP([]byte("received success!"), addr)
if err != nil {
fmt.Printf("write failed, err: %v\n", err)
}
}()
}
}
D:\gocode1.14.3\gocode\gateway_demo\demo\base\udp_server\main.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\n", err)
return
}
//2.建立套接字连接
for {
conn, err := listener.Accept()
if err != nil {
fmt.Printf("accept fail, err: %v\n", 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\n", err)
break
}
str := string(buf[:n])
fmt.Printf("receive from client, data: %v\n", 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\n", 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\n
input, err := inputReader.ReadString('\n')
if err != nil {
fmt.Printf("read from console failed, err: %v\n", 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\n", 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。。。。。。。。
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