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Go语言Telnet回音服务器——TCP服务器的基本结构

Telnet 协议是 TCP/IP 协议族中的一种。它允许用户（Telnet 客户端）通过一个协商过程与一个远程设备进行通信。本例将使用一部分 Telnet 协议与服务器进行通信。

服务器的网络库为了完整展示自己的代码实现了完整的收发过程，一般比较倾向于使用发送任意封包返回原数据的逻辑。这个过程类似于对着大山高喊，大山把你的声音原样返回的过程。也就是回音（Echo）。本节使用 Go语言中的 Socket、goroutine 和通道编写一个简单的 Telnet 协议的回音服务器。

回音服务器的代码分为 4 个部分，分别是接受连接、会话处理、Telnet 命令处理和程序入口。

接受连接

回音服务器能同时服务于多个连接。要接受连接就需要先创建侦听器，侦听器需要一个侦听地址和协议类型。就像你想卖东西，需要先确认卖什么东西，卖东西的类型就是协议类型，然后需要一个店面，店面位于街区的某个位置，这就是侦听器的地址。一个服务器可以开启多个侦听器，就像一个街区可以有多个店面。街区上的编号对应的就是地址中的端口号，如下图所示。


图：IP和端口号
 

通过地址和协议名创建侦听器后，可以使用侦听器响应客户端连接。响应连接是一个不断循环的过程，就像到银行办理业务时，一般是排队处理，前一个人办理完后，轮到下一个人办理。

我们把每个客户端连接处理业务的过程叫做会话。在会话中处理的操作和接受连接的业务并不冲突可以同时进行。就像银行有 3 个窗口，喊号器会将用户分配到不同的柜台。这里的喊号器就是 Accept 操作，窗口的数量就是 CPU 的处理能力。因此，使用 goroutine 可以轻松实现会话处理和接受连接的并发执行。

如下图清晰地展现了这一过程。


图：Socket 处理过程

Go语言中可以根据实际会话数量创建多个 goroutine，并自动的调度它们的处理。

telnet 服务器处理： 
package main

import (
    "fmt"
    "net"
)

// 服务逻辑, 传入地址和退出的通道
func server(address string, exitChan chan int) {

    // 根据给定地址进行侦听
    l, err := net.Listen("tcp", address)

    // 如果侦听发生错误, 打印错误并退出
    if err != nil {
        fmt.Println(err.Error())
        exitChan <- 1
    }

    // 打印侦听地址, 表示侦听成功
    fmt.Println("listen: " + address)

    // 延迟关闭侦听器
    defer l.Close()

    // 侦听循环
    for {

        // 新连接没有到来时, Accept是阻塞的
        conn, err := l.Accept()

        // 发生任何的侦听错误, 打印错误并退出服务器
        if err != nil {
            fmt.Println(err.Error())
            continue
        }

        // 根据连接开启会话, 这个过程需要并行执行
        go handleSession(conn, exitChan)
    }
}
代码说明如下：

会话处理

每个连接的会话就是一个接收数据的循环。当没有数据时，调用 reader.ReadString 会发生阻塞，等待数据的到来。一旦数据到来，就可以进行各种逻辑处理。

回音服务器的基本逻辑是“收到什么返回什么”，reader.ReadString 可以一直读取 Socket 连接中的数据直到碰到期望的结尾符。这种期望的结尾符也叫定界符，一般用于将 TCP 封包中的逻辑数据拆分开。下例中使用的定界符是回车换行符（“\r\n”），HTTP 协议也是使用同样的定界符。使用 reader.ReadString() 函数可以将封包简单地拆分开。

如下图所示为 Telnet 数据处理过程。


图：Telnet 数据处理过程

回音服务器需要将收到的有效数据通过 Socket 发送回去。

Telnet会话处理： 
package main

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

// 连接的会话逻辑
func handleSession(conn net.Conn, exitChan chan int) {

    fmt.Println("Session started:")

    // 创建一个网络连接数据的读取器
    reader := bufio.NewReader(conn)

    // 接收数据的循环
    for {

        // 读取字符串, 直到碰到回车返回
        str, err := reader.ReadString('\n')

        // 数据读取正确
        if err == nil {

            // 去掉字符串尾部的回车
            str = strings.TrimSpace(str)

            // 处理Telnet指令
            if !processTelnetCommand(str, exitChan) {
                conn.Close()
                break
            }

            // Echo逻辑, 发什么数据, 原样返回
            conn.Write([]byte(str + "\r\n"))

        } else {
            // 发生错误
            fmt.Println("Session closed")
            conn.Close()
            break
        }
    }

}
代码说明如下：

Telnet命令处理

Telnet 是一种协议。在操作系统中可以在命令行使用 Telnet 命令发起 TCP 连接。我们一般用 Telnet 来连接 TCP 服务器，键盘输入一行字符回车后，即被发送到服务器上。

在下例中，定义了以下两个特殊控制指令，用以实现一些功能：
Telnet命令处理： 
package main

import (
    "fmt"
    "strings"
)

func processTelnetCommand(str string, exitChan chan int) bool {

    // @close指令表示终止本次会话
    if strings.HasPrefix(str, "@close") {

        fmt.Println("Session closed")

        // 告诉外部需要断开连接
        return false

        // @shutdown指令表示终止服务进程
    } else if strings.HasPrefix(str, "@shutdown") {

        fmt.Println("Server shutdown")

        // 往通道中写入0, 阻塞等待接收方处理
        exitChan <- 0

        // 告诉外部需要断开连接
        return false
    }

    // 打印输入的字符串
    fmt.Println(str)

    return true

}
代码说明如下：

程序入口

Telnet 回音处理主流程： 
package main

import (
    "os"
)

func main() {

    // 创建一个程序结束码的通道
    exitChan := make(chan int)

    // 将服务器并发运行
    go server("127.0.0.1:7001", exitChan)

    // 通道阻塞, 等待接收返回值
    code := <-exitChan

    // 标记程序返回值并退出
    os.Exit(code)
}
代码说明如下：
编译所有代码并运行，命令行提示如下：

listen: 127.0.0.1:7001

此时，Socket 侦听成功。在操作系统中的命令行中输入：

telnet 127.0.0.1 7001

尝试连接本地的 7001 端口。接下来进入测试服务器的流程。

测试输入字符串

在 Telnet 连接后，输入字符串 hello，Telnet 命令行显示如下：

$ telnet 127.0.0.1 7001
Trying 127.0.0.1...
Connected to 127.0.0.1.
Escape character is '^]'.
hello
hello

服务器显示如下：

listen: 127.0.0.1:7001
Session started:
hello

客户端输入的字符串会在服务器中显示，同时客户端也会收到自己发给服务器的内容，这就是一次回音。

测试关闭会话

当输入 @close 时，Telnet 命令行显示如下：

@close
Connection closed by foreign host

服务器显示如下：

Session closed

此时，客户端 Telnet 与服务器断开连接。

测试关闭服务器

当输入 @shutdown 时，Telnet 命令行显示如下：

@shutdown
Connection closed by foreign host

服务器显示如下：

Server shutdown

此时服务器会自动关闭。

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