TCP:基于socket网络编程

TCP/IP网络模型，实现了两种传输层协议：TCP和UDP。TCP是面向连接的流协议，为通信 的两端提供稳定可靠的数据传输服务；而UDP则提供了一种无需建立连接就可以发送数据包的方法。两种协议各有擅长的应用场景。 我们日常开发中使用最多的是TCP协议。基于TCP协议，我们实现了各种各样的满足用户需求的应用层协议。比如，我们常用的HTTP协议就是应用层协议的一种,而基于HTTP的Web编程就是一种针对应用层的网络编程。我们还可以基于传输层暴露给开发者的编程接口，实现应用层的自定义应用协议。目前各大主流操作系统平台中，最常用的传输层暴露给用户的网络编程接口，就是套接字（socket）。直接基于socket编程实现应用层通信业务，也是最常见的一种网络编程形式。

TCP协议模式

基于TCP的自定义应用层协议通常有两种常见的定义模式：

• 二进制模式：采用长度字段标识独立数据包的边界。采用这种方式定义的常见协议包括 MQTT（物联网最常用的应用层协议之一）、SMPP（短信网关点对点接口协议）等；
• 文本模式：采用特定分隔符标识流中的数据包的边界，常见的包括HTTP协议等。 相比之下，二进制模式要比文本模式编码更紧凑也更高效.

TCP Socket编程模型

常用的网络I/O模型

• 阻塞I/O(Blocking I/O)
• 非阻塞I/O（Non-Blocking I/O）
• I/O多路复用（I/O Multiplexing）

Go语言socket编程模型

Go语言socket编程模型是使用的阻塞I/O模型。

网络I/O操作都是系统调用，Goroutine执行I/O操作的话，一旦阻塞在系统调用上，就 会导致M也被阻塞，为了解决这个问题，Go设计者将这个“复杂性”隐藏在Go运行时中，他 们在运行时中实现了网络轮询器（netpoller)，netpoller的作用，就是只阻塞执行网络I/O操作的Goroutine，但不阻塞执行Goroutine的线程（也就是M）。
这样一来，对于Go程序的用户层（相对于Go运行时层）来说，它眼中看到的goroutine采用了“阻塞I/O模型”进行网络I/O操作，Socket都是“阻塞”的。但实际上，这样的“假象”，是通过Go运行时中的netpoller I/O多路复用机制，“模拟”出来的，对应的、真实的底层操作系统Socket，实际上是非阻塞的。只是运行时拦截了针对底层Socket的系统调用返回的错误码，并通过netpoller和Goroutine调度，让Goroutine“阻塞”在用户层所看到的Socket描述符上。
比如：当用户层针对某个Socket描述符发起read操作时，如果这个Socket对应的连接上还没有数据，运行时就会将这个Socket描述符加入到netpoller中监听，同时发起此次读操作的Goroutine会被挂起。直到Go运行时收到这个Socket数据可读的通知，Go运行时会重新唤醒等待在这个Socket上准备读数据的那个Goroutine。而这个过程，从Goroutine的视角来看，就像是read操作一直阻塞在那个Socket描述符上一样。 而且，Go语言在网络轮询器（netpoller）中采用了I/O多路复用的模型。考虑到最常见的多路复用系统调用select有比较多的限制，比如：监听Socket的数量有上限（1024）、时间复杂度高，等等，Go运行时选择了在不同操作系统上，使用操作系统各自实现的高性能多路复 用函数，比如：Linux上的epoll、Windows上的iocp、FreeBSD/MacOS上的kqueue、 Solaris上的event port等，这样可以最大程度提高netpoller的调度和执行性能。

实现基于TCP的自定义应用层协议的通信服务端

设计方案

• 使用二进制模式制定协议内容和格式