GO网络编程（四）：海量用户通信系统2：登录功能核心【重难点】

一、C/S详细通信流程图

上一讲我们实现了最基本的登录功能，其实根本没涉及网络编程，这节开始才是网络编程，而且复杂，重要，有一定难度。
C/S通信可用以下两张图表示：


这节不涉及全部流程，但涉及三块重要的内容：类型定义与json标签，客户端发送消息，服务端处理消息。

二、消息类型定义与json标签

网络编程中通过消息（Message）结构体传递和处理不同类型的数据，例如登录请求和登录响应。通常，这些类型和消息结构体用于客户端与服务器之间的通信，消息被序列化为 JSON 格式，然后通过网络传输。在服务器端或客户端接收到消息后，会对其进行反序列化，以便处理不同类型的消息。
首先在根目录下建立message包，即建立文件夹message，在其中建立文件message.go，然后定义消息结构体类型：

package messageconst (LoginMesType    = "LoginMes"LoginResMesType = "LoginResMes"
)type Message struct {Type string `json:"type"` //消息类型Data string `json:"data"` //消息
}

1. 消息类型定义

消息封装：消息传输时，包含不同类型的信息（登录、登出、注册等），需要通过一个统一的结构来表示这些消息。这就是 Message 结构体的用途。
消息分类：通过 Message 中的 Type 字段，可以区分消息的类型，例如是登录消息（LoginMes）还是登录响应消息（LoginResMes），这样服务器和客户端可以根据 Type 做出不同的处理。
扩展性：未来如果需要添加更多的消息类型（例如注册、注销等），可以很方便地在已有的结构上扩展新的类型，而不需要重写消息传递的逻辑。

2. JSON标签

JSON 标签用于指定在序列化（将 Go 的结构体转换为 JSON 格式）和反序列化（将 JSON 格式的数据转换为 Go 结构体）时，结构体字段对应的 JSON 字段名。Go 中的字段名通常是驼峰命名，而 JSON 中的字段名习惯上是小写或下划线分隔，通过 json:“字段名” 来指定这个映射。
具体例子如下：
Type string \json:"type":在消息序列化为 JSON 时，这个字段会被转换为 “type”。例如，如果 Type 是 “LoginMes”，JSON 结果会包含：“type”: “LoginMes”。
Data string \json:"data":这个字段包含实际的消息数据，在 JSON 中也会被表示为 “data”。例如：
"data": "{\"userID\":123,\"userPwd\":\"password\"}"，也就是具体的消息数据会序列化为字符串。

3.结构体示例及其 JSON 表示：

1.Message 结构体：

type Message struct {Type string `json:"type"` // 消息类型Data string `json:"data"` // 消息数据
}

JSON 格式：

{"type": "LoginMes","data": "{\"userID\":123,\"userPwd\":\"password\",\"userName\":\"John\"}"
}

2.LoginMes 结构体：

type LoginMes struct {UserID   int    `json:"userID"`   // 用户IDUserPwd  string `json:"userPwd"`  // 用户密码UserName string `json:"userName"` // 用户名
}

JSON 格式：

{"userID": 123,"userPwd": "password","userName": "John"
}

3.LoginResMes 结构体：

type LoginResMes struct {Code  int    `json:"code"`  // 状态码Error string `json:"error"` // 错误信息
}

{"code": 200,"error": ""
}

4.完整代码与使用说明

message.go的完整代码如下：

package messageconst (LoginMesType    = "LoginMes"LoginResMesType = "LoginResMes"
)type Message struct {Type string `json:"type"` //消息类型Data string `json:"data"` //消息
}// 定义两个消息..后面需要再增加
type LoginMes struct {UserID   int    `json:"userID"`   //用户idUserPwd  string `json:"userPwd"`  //用户密码UserName string `json:"userName"` //用户名
}type LoginResMes struct {Code  int    `json:"code"`  //返回状态码 500表示该用户未注册 200表示登录成功Error string `json:"error"` //返回错误信息
}

定义这些类型是为了处理客户端和服务器之间的消息传递，不同类型的消息可以通过 Message 结构体中的 Type 来识别。JSON 标签用于控制 Go 结构体字段与 JSON 字段的映射，使得消息在序列化和反序列化时能够正确转换。
在通信时，客户端发送登录请求，会将 LoginMes 转换为 JSON 字符串，并将其存放在 Message 结构体的 Data 字段中。服务器收到后，会先根据 Message 的 Type 来判断消息类型（例如 LoginMes），然后再将 Data 字符串反序列化为 LoginMes 结构体，并进行处理。服务器处理完登录请求后，可以通过 LoginResMes 结构体将结果返回给客户端。

三、客户端发送消息

接下来我们转到client包，完善login代码。
在登录操作中，客户端与服务器通过TCP协议通信，发送的是一个序列化后的消息。这是一个典型的网络编程操作流程，具体包括连接服务器、序列化数据、发送消息等步骤。

1. 连接到服务器

conn, err := net.Dial("tcp", "localhost:8889")
if err != nil {fmt.Println("net.Dial err=", err)return err
}
defer conn.Close()

这里使用 net.Dial 函数建立一个 TCP 连接，目标地址是localhost:8889，即本地的 8889 端口。
conn 是代表连接的对象，通过这个连接对象，客户端可以向服务器发送和接收数据。
defer conn.Close() 表示函数结束时自动关闭连接，避免资源泄漏。

2. 准备发送消息

var mes message.Message
mes.Type = message.LoginMesType

这里创建了一个 Message 结构体变量 mes，用于封装将要发送的消息。mes.Type 被设置为 message.LoginMesType，这表示消息类型是登录消息（LoginMes），后续服务器会根据消息类型来识别消息的具体用途。

3. 创建 LoginMes 并序列化

var loginMes message.LoginMes
loginMes.UserID = userID
loginMes.UserPwd = userPwd
data, err := json.Marshal(loginMes)
if err != nil {fmt.Println("json.Marshal err=", err)return err
}

loginMes 是一个 LoginMes 结构体，包含用户ID和用户密码的信息。
使用 json.Marshal 将 loginMes 转换为 JSON 字符串，便于传输。这是因为网络通信通常使用文本格式（如 JSON）来传输复杂数据结构。

4. 将序列化后的数据嵌入消息结构

mes.Data = string(data)

这里将序列化后的 loginMes 作为 JSON 字符串赋值给 mes.Data，即将登录信息封装到消息结构体 mes 中的 Data 字段。

5. 序列化整个 Message 结构体

data, err = json.Marshal(mes)
if err != nil {fmt.Println("json.Marshal err=", err)return err
}

再次使用 json.Marshal 将整个 Message 结构体序列化为 JSON 字符串，准备发送给服务器。这是因为 Message 结构体不仅包含数据，还包含类型信息。

6. 发送消息长度

var pkgLen = uint32(len(data))
var buf [4]byte
binary.BigEndian.PutUint32(buf[0:4], pkgLen)
n, err := conn.Write(buf[:])
if n != 4 || err != nil {fmt.Println("conn.Write(bytes[:]) fail err=", err)return err
}

网络通信中，为了保证数据的完整性，常常需要先发送消息的长度，这里通过 len(data) 获取序列化后的消息的长度，并通过 binary.BigEndian.PutUint32 函数将消息长度（pkgLen）转换为 4 个字节（大端序），存放在 buf 中。最后使用 conn.Write(buf[:]) 将消息长度发送给服务器。

7. 发送消息内容与完整代码

接下来会通过 conn.Write(data) 把实际的消息数据发送给服务器，这个操作将在下节讲。
login函数的完整代码如下：

func login(userID int, userPwd string) error {//下一个就要开始定协议// fmt.Printf("userId=%d pwd=%s\n", userId, pwd)// return nil//1.连接到服务器conn, err := net.Dial("tcp", "localhost:8889")if err != nil {fmt.Println("net.Dial err=", err)return err}//延时关闭defer conn.Close()//2.准备通过conn发送消息给服务器var mes message.Messagemes.Type = message.LoginMesType//3.创建一个LoginMes 结构体var loginMes message.LoginMesloginMes.UserID = userIDloginMes.UserPwd = userPwd//4.将loginMes 序列化data, err := json.Marshal(loginMes)if err != nil {fmt.Println("json.Marshal err=", err)return err}//5.把data赋给mes.Data字段mes.Data = string(data)//6.将mes进行序列化data, err = json.Marshal(mes)if err != nil {fmt.Println("json.Marshal err=", err)return err}//7.到这个时候，data就是我们要发送的消息//7.1 先把data的长度发送给服务器// 先获取到data的长度->转成一个表示长度的byte切片var pkgLen = uint32(len(data))var buf [4]bytebinary.BigEndian.PutUint32(buf[0:4], pkgLen)//发送长度n, err := conn.Write(buf[:4])if n != 4 || err != nil {fmt.Println("conn.Write(bytes[:]) fail err=", err)return err}fmt.Printf("客户端，发送消息的长度=%d\n内容：%s\n", len(data), string(data))return nil
}

8.细节解释与总结

（1）为什么使用大端序？
在网络传输中，为了保证跨平台数据的一致性，通常会采用大端序（Big Endian）来传输数据。因为大端序的字节排列方式与人类阅读数字的顺序一致。高位字节在前，低位字节在后，和我们书写数值的方式相同。
举个例子，假设 pkgLen = 123456 (十六进制为 0x0001E240)，则 binary.BigEndian.PutUint32(buf[0:4], pkgLen) 将执行以下操作：
buf[0] = 0x00
buf[1] = 0x01
buf[2] = 0xE2
buf[3] = 0x40
最终 buf[0:4] 就包含了 pkgLen 的大端序表示。
（2）为什么需要发送长度？
在网络通信中，消息的长度是动态的，接收方通常不知道需要读取多少数据。如果直接发送数据，接收方可能无法正确判断消息的结束。
因此，发送方先发送一个固定长度的消息（如4个字节的消息长度），让接收方根据这个长度来接收完整的消息。
（3）客户端发消息其实就为四步
1.连接服务器
2.初始化并序列化消息变种
3.用消息变种初始化并序列化消息
4.发送消息的长度与内容

四、服务端处理消息

在server包下创建main.go，自定义process函数，其核心内容如下：

1. 创建缓冲区

buf := make([]byte, 1024*4) //准备缓冲区以读取数据

这里使用 make 函数创建了一个大小为 4KB（1024 * 4 字节）的缓冲区 buf，用于存放从客户端接收到的数据。

2. 循环读取客户端发送的数据

for {fmt.Println("读取客户端发送的数据")//...
}

使用 for 循环，持续监听并读取来自客户端的数据，直到出现错误或者连接断开。循环不断地执行读取操作，保证服务器可以持续处理客户端发送的消息。

3. 读取前 4 个字节

n, err := conn.Read(buf[:4])
if n != 4 || err != nil {fmt.Println("conn.Read err=", err)return
}

conn.Read(buf[:4])：从连接 conn 中读取最多 4 个字节，读取的数据存储在 buf 数组的前 4 个字节位置。
返回值 n：表示读取了多少个字节。理想情况下，n 应该为 4，表示完整读取了 4 个字节的数据。
接下来要判断连接是否正常：如果读取的字节数不是 4，即读取不完整，或发生了错误，则输出错误信息并退出 process 函数，终止该连接的处理。

4. 并发处理

在第二节，我讲了客户端与服务端的基本通信操作，在服务端，每个客户端连接都通过新的协程来处理，这使得服务器能够同时与多个客户端进行通信，而不会因为一个客户端的阻塞操作（如读取数据）而影响其他客户端。其中listen.Accept()是关键操作，它的作用是阻塞主协程并等待客户端连接，连接成功后返回一个用于与客户端通信的conn对象。

5. 总结与完整代码

server包下的main.go要实现一个简单的并发 TCP 服务器，即
监听 TCP 连接，并发处理，错误处理，以及资源释放，即通过 defer 机制，服务器会在程序结束时正确释放资源（关闭监听器）。完整代码如下：

package mainimport ("fmt""net"
)// 处理和客户端的通信
func process(conn net.Conn) {//这里需要延时关闭conndefer conn.Close()buf := make([]byte, 1024*4) //准备缓冲区以读取数据//循环读取客户端发送的信息for {fmt.Println("读取客户端发送的数据")n, err := conn.Read(buf[:4])if n != 4 || err != nil {fmt.Println("conn.Read err=", err)return}fmt.Println("读到的buf=", buf[:4])}
}
func main() {//提示信息fmt.Println("服务器在8889端口监听")listen, err := net.Listen("tcp", "0.0.0.0:8889")if err != nil {fmt.Println("net.Listen err=", err)return}defer listen.Close()//一旦监听成功，就等待客户端来连接服务器for {fmt.Println("等待客户端来连接服务器......")conn, err := listen.Accept()if err != nil {fmt.Println("listen.Accept err=", err)}//一旦连接成功，则启动一个协程和客户端保持通信go process(conn)}
}

五、测试与注意事项

1.取消安全提示

如果是windows操作系统，在执行server包的程序时，可能会弹出“是否允许公共网络访问”这样的提示，最直接的办法就是关闭防火墙，当然如果你网络编程的时间较长并且一直在上网，这是有风险的。还有种就是将server包下的服务器程序，比如server.exe加入信任列表。当然，前提是编译server包，即在项目根目录下执行如下命令：

go build ./server

然后在win底部菜单栏中（win10/11适用）输入“允许应用通过”，此时会弹出下图：

点击进入设置界面，再按下图操作：

然后浏览并添加即可。

2.命令行中的ctrl+c

这里的ctrl+c可不是复制，而是用于命令行中结束程序，一般的命令行比如windows cmd，一旦开启server.exe，只能通过右上角的关闭按钮结束，但如果用powershell执行程序，则用ctrl+c就能结束，这样就能保留命令行记录与操作（按上方向键能查看旧命令）。注意：如果你用的IDE是vscode，则内置终端默认就是powershell，而且可以启动多个终端并分屏查看。至于快捷键调出的外部命令行是无法使用ctrl+c的。

3.执行.exe与测试效果

打开两个powershell命令行，在当前根目录下执行两个编译好的程序client.exe和server.exe：

./server.exe

./client.exe

效果如图：

OK，以上就是登录模块的核心功能了，这也是网络编程的基础与重点，可以说，不掌握本节内容，是无法入门的。本节内容多，不简单，读者需要多次阅读和编程才能掌握。