深入Node TCP模块的理解

1. TCP

在Node.js中，提供了net模块用来实现TCP服务器和客户端的通信。

1.1 TCP服务器

net.createServer([options][, connectionListener])

• options.allowHalfOpen 是否允许单方面连接,默认值为false
• connectionListener参数用于指定当客户端与服务器建立连接时所要调用的回调函数，回调中有一个参数socket,指的是TCP服务器监听的socket端口对象

也可以通过监听connection事件的方式来指定监听函数

server.on('connection',function(socket){});

1.1.1 启动TCP服务器

可以使用listen方法通知服务器开始监听客户端的连接

server.listen(port,[host],[backlog],[callback])

• port 必须指定的端口号
• host 指定需要监听的IP地址或主机名，如果省略的话服务器将监听来自于任何客户端的连接
• backlog指定位于等待队列中的客户端连接的最大数量，默认值为511

server.on('listening',function(){});

1.1.2 使用TCP服务器

let net = require('net');
let server = net.createServer(function(socket){
 console.log('客户端已连接');
});
server.listen(8080,'localhost',function(){
  console.log('服务器开始监听');
});

1.1.3 address

server.address()

• port 端口号
• address TCP服务器监听的地址
• family 协议的版本

1.1.4 getConnections

查看当前与TCP服务器建立连接的客户端的连接数量以及设置最大连接数量

server.getConnections(callback);
 server.maxConnections = 2;

1.1.5 close

使用close方法可以显式拒绝所有的客户端的连接请求,当所有已连接的客户端关闭后服务器会自动关闭,并触发服务器的close事件。

server.close();
server.on('close',callback);

1.2 socket

1.2.1 address

net.Socket代表一个socket端口对象,它是一个可读可写流。

let net = require('net');
let util = require('util');
let server = net.createServer(function(socket){
 server.getConnections((err,count)=>{
   server.maxConnections = 1;
   console.log('最大连接数量%d,当前连接数量%d',server.maxConnections,count); 
 }); 
 let address = socket.address();
 console.log('客户端地址 %s',util.inspect(address));
});

1.2.2 读取数据

let server = net.createServer(function (socket) {
  socket.setEncoding('utf8');
  socket.on('data', function (data) {
    console.log('本次收到的内容为%s,累计收到的字节数是%d', data, socket.bytesRead);
  });
});

1.2.3 监听关闭事件

let server = net.createServer(function (socket) {
  socket.on('end', function () {
    console.log('客户端已经关闭');
  });
});

1.2.4 pipe

pipe方法可以将客户端发送的数据写到文件或其它目标中。

socket.pipe(destinatin,[options]);

options.end 设置为false时当客户端结束写操作或关闭后并不会关闭目标对象，还可以继续写入数据

let net = require('net');
let path = require('path');
let ws = require('fs').createWriteStream(path.resolve(__dirname, 'msg.txt'));
let server = net.createServer(function (socket) {
  socket.on('data', function (data) {
    console.log(data);
  });
  socket.pipe(ws, { end: false });
  socket.on('end', function () {
    ws.end('over', function () {
      socket.unpipe(ws);
    });
  });
});

1.2.5 unpipe

const net = require('net');
const path = require('path');
let file = require('fs').createWriteStream(path.join(__dirname, 'msg.txt'));
let server = net.createServer(function (socket) {
  socket.pipe(file, {
    end: false
  });
  setTimeout(function () {
    file.end('bye bye');
    socket.unpipe(file);
  }, 5000);
  // socket.on('end', function () {
  //   file.end('bye bye');
  // });
});
server.listen(8080);

1.2.5 pause&resume

pause 可以暂停 data 事件触发，服务器会把客户端发送的数据暂存在缓存区里

const net = require('net');
const net = require('net');
const path = require('path');
let file = require('fs').createWriteStream(path.join(__dirname, 'msg.txt'));
let server = net.createServer(function (socket) {
  socket.pause();
  setTimeout(function () {
    socket.resume();
    socket.pipe(file);
  }, 10 * 1000);
});
server.listen(8080);

1.2.6 setTimeout

let net = require('net');
let path = require('path');
let ws = require('fs').createWriteStream(path.resolve(__dirname, 'msg.txt'));
let server = net.createServer(function (socket) {
  socket.setTimeout(5 * 1000);
  socket.pause();
  socket.on('timeout', function () {
    socket.pipe(ws);
  });

  //socket.setTimeout(0);取消超时时间的设置
});
server.listen(8080);

1.2 TCP客户端

1.2.1 创建TCP客户端

let socket = new net.Socket([options])

• fd socket文件描述符
• type 客户端所有协议
• allowHalfOpen 是否允许半连接,服务器收到FIN包时不回发FIN包，可以使服务器可以继续向客户端发数据

socket.connect(port, host, callback);
socket.on('connect', callback);

1.2.2 向服务器端写入数据、end 、error、destroy,close

• write表示向服务器写入数据
• end 用于结束连接
• error 连接发生错误
• destroy 销毁流
• close 表示连接关闭成功，hasError=true代表有可能有错误

socket.write(data,[encoding],[callback]);

let net = require('net');
let server = net.createServer(function (socket) {
  console.log("客户端已经连接");
  socket.setEncoding('utf8');
  socket.on('data', function (data) {
    console.log("已接收客户端发送的数据:%s", data);
    socket.write('服务器:' + data);
  })
  socket.on('error', function (err) {
    console.log('与客户端通信过程中发生了错误，错误编码为%s', err.code);
    socket.destroy();
  });
  socket.on('end', function (err) {
    console.log('客户端已经关闭连接');
    socket.destroy();
  });
  socket.on('close', function (hasError) {
    console.log(hasError ? '异常关闭' : '正常关闭');
  });
});
server.listen(808, function () {
  let client = new net.Socket();
  client.setEncoding('utf8');
  client.connect(808, '127.0.0.1', function () {
    console.log('客户端已连接');
    client.write('hello');
    setTimeout(function () {
      client.end('byebye');
    }, 5000);
  });
  client.on('data', function (data) {
    console.log('已经接收到客户端发过来的数据:%s', data);
  });
  client.on('error', function (err) {
    console.log('与服务器通信过程中发生了错误，错误编码为%s', err.code);
    client.destroy();
  });

});

1.2.3 close

停止server接受建立新的connections并保持已经存在的connections

server.getConnections((err, count) => {
   if (count == 2) server.close();
 });

1.2.4 unref&ref

unref方法指定发客户端连接被全部关闭时退出应用程序 如果将allowHalfOpen方法，必须使用与客户端连接的socket端口对象的end 方法主动关闭服务器端连接

let net = require('net');
let server = net.createServer({ allowHalfOpen: true }, function (socket) {
  console.log("客户端已经连接");
  socket.setEncoding('utf8');
  socket.on('data', function (data) {
    console.log("已接收客户端发送的数据:%s", data);
    socket.write('服务器确认数据:' + data);
  })
  socket.on('error', function (err) {
    console.log('与客户端通信过程中发生了错误，错误编码为%s', err.code);
    socket.destroy();
  });
  socket.on('end', function (err) {
    console.log('客户端已经关闭连接');
    socket.end();
    server.unref();
  });
  socket.on('close', function (hasError) {
    if (hasError) {
      console.log('由于错误导致socket关闭');
      server.unref();
    } else {
      console.log('端口正常关闭');
    }
  });
  server.getConnections((err, count) => {
    if (count == 2) server.close();
  });
});
server.listen(808, function () { });
server.on('close', function () {
  console.log('服务器关闭');
});

1.2.5 bufferSize

write的返回值和bufferSize属性值

let server = net.createServer({ allowHalfOpen: true }, function (socket) {
  console.log("客户端已经连接");
  socket.setEncoding('utf8');
  let rs = fs.createReadStream(path.resolve(__dirname, 'a.txt'), { highWaterMark: 2 });
  rs.on('data', function (data) {
    let flag = socket.write(data);
    console.log("flag:", flag);
    console.log('缓存字节:' + socket.bufferSize);
    console.log('已发送字节:' + socket.bytesWritten);
  })
  socket.on('data', function (data) {
    console.log('data', data);
  });
  socket.on('drain', function (err) {
    "缓存区已全部发送"
  });
});

1.2.6 keepAlive

当服务器和客户端建立连接后，当一方主机突然断电、重启、系统崩溃等意外情况时，将来不及向另一方发送FIN包，这样另一方将永远处于连接状态。 可以使用setKeepAlive方法来解决这一个问题

socket.setKeepAlive([enaable],[initialDelay]);

• enable 是否启用嗅探，为true时会不但向对方发送探测包，没有响应则认为对方已经关闭连接，自己则关闭连接
• initialDelay 多久发送一次探测包，单位是毫秒

1.2.7 聊天室1.0

/**
 * 1.创建一个服务器
 * 2. 客户端可以连接服务器
 * 3.客户端可以发言，然后广播给大家
 * 4.客户端连接和退出后都要通知大家。
 * 5.显示当前的在线人数
 */
let net = require('net');
let util = require('util');
let clients = {};
let server = net.createServer(function (socket) {
  server.getConnections(function (err, count) {
    socket.write(`weclome,there is ${count} users now,please input your username\r\n`);
  });
  let nickname;
  socket.setEncoding('utf8');
  socket.on('data', function (data) {
    data = data.replace(/\r\n/, '');
    if (data == 'byebye') {
      socket.end();
    } else {
      if (nickname) {
        broadcast(nickname, `${nickname}:${data}`);
      } else {
        nickname = data;
        clients[nickname] = socket;
        broadcast(nickname, `welcome ${nickname} joined us!`);
      }
    }

  });
  socket.on('close', function () {
    socket.destroy();
  });
}).listen(8088);

function broadcast(nickname, msg) {
  for (let key in clients) {
    if (key != nickname) {
      clients[key].write(msg + '\r\n');
      clients[nickname].destroy();
      delete clients[nickname];
    }
  }
}

1.2.8 聊天室2.0

var key = scoket.remoteAddress+':'+socket.remotePort;
users[key] = {name:'匿名',socket};

socket.on('data',function(){
  parse(data);
});
function parse(msg){
 swtich(msg.type){
  case 'secret':
   secret(msg.user,msg.text);
   break;
 }
 case 'boardcast':
   boardcast(message.text);
   break;
 case 'cname':
   cname(messsage.text);
   break;
 case 'list':
   list();
   break;  
 default:
   socket.write('不能识别命令');
   break;
}
function secret(user,text){

}
function boardcast(text){

}
function cname(text){

}
function list(){

}

b:text 广播
c:nickname:text 私聊
n:nickname 改名
l 列出在线用户列表

 
on('data',function(data){
  if(data == 'quit){

  }else if(data == 'help'){

  }else(){
   write(data);
  }
});
function convert(){

}

1.3 类方法

• isIP 判断字符串是否是IP
• isIPv4 判断字符串是否是IPv4地址
• isIPv6 判断字符串是否是IPv6地址

2. UDP

2.1 创建socket

let socket = dgram.createSocket(type,[callback]);
socket.on('messsage',function(msg,rinfo){});

• type 必须输入，制定时udp4还是udp6
• callback 从该接口接收到数据时调用的回调函数
  • msg 接收到的数据
  • rinfo 信息对象
    • address 发送着的地址
    • family ipv4还是ipv6
    • port 发送者的socket端口号
    • size 发送者所发送的数据字节数

socket.bind(port,[address],[callback]);
socket.on('listening',callabck;

• port 绑定的端口号
• address 监听的地址
• callback 监听成功后的回调函数

2.2 向外发送数据

如果发送数据前还没有绑定过地址和端口号，操作系统将为其分配一个随机端口并可以接收任何地址的数据

socket.send(buf,offset,length,port,address,[callback]);

• buffer 代表缓存区
• offset 从缓存区第几个字节开始发
• length 要发送的字节数
• port 对方的端口号
• address 接收数据的socket地址
• callback 制定当数据发送完毕时所需要的回调函数
  • err 错误对象
  • byets 实际发送的字节数

2.3 address

获取此socket相关的地址信息

let address = socket.address();

• port
• address
• family
  

2.4 UDP服务器

var dgram = require('dgram');
var socket = dgram.createSocket('udp4');
socket.on('message',function(msg,rinfo){
 console.log(msg.toString());
 console.log(rinfo);
  socket.send(msg,0,msg.length,rinfo.port,rinfo.address);
});
socket.bind(41234,'localhost');

2.5 UDP客户端

var dgram = require('dgram');
var socket = dgram.createSocket('udp4');
socket.on('message',function(msg,rinfo){
  console.log(msg.toString());
  console.log(rinfo);
});
socket.setTTL(128);
socket.send(new Buffer('zz'),0,6,41234,'localhost',function(err,bytes){
  console.log('发送了个%d字节',bytes);
});
socket.on('error',function(err){
  console.error(err);
});

2.6 广播

创建一个UDP服务器并通过该服务器进行数据的广播

2.6.1 服务器

let dgram = require('dgram');
let server = dgram.createSocket('udp4);
server.on('message',function(msg){
 let buf = new Bufffer('已经接收客户端发送的数据'+msg);
 server.setBroadcast(true);
 server.send(buf,0,buf.length,41235,"192.168.1.255");
});
server.bind(41234,'192.168.1.100');

2.6.2 客户端

let dgram = require('dgram');
let client = dgram.createSocket('udp4);
client.bind(41235,'192.168.1.102);
let buf = new Buffer('hello');
client.send(buf,0,buf.length,41234,'192.168.1.100');
client.on('message',function(msg,rinfo){
 console.log('received : ',msg);
});

2.7 组播

所谓的组播，就是将网络中同一业务类型进行逻辑上的分组，从某个socket端口上发送的数据只能被该组中的其他主机所接收，不被组外的任何主机接收。

实现组播时，并不直接把数据发送给目标地址，而是将数据发送到组播主机，操作系统将把该数据组播给组内的其他所有成员。

在网络中，使用D类地址作为组播地址。范围是指 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255,分为三类

• 局部组播地址: 224.0.0.0 ~ 224.0.0.255 为路由协议和其他用途保留
• 预留组播地址: 224.0.1.0 ~ 238.255.255.255 可用于全球范围或网络协议
• 管理权限组播地址 ： 239.0.0.0 ～ 239.255.255.255 组织内部使用，不可用于Internet
  

把该socket端口对象添加到组播组中。

socket.addMembership(multicastAddress,[multicastInterface]);

• multicastAddress 必须指定，需要加入的组播组地址
• multicastInterface 可选参数，需要加入的组播组地址

socket.dropMembership(multicastAddress,[multicastInterface]);
socket.setMulticastTTL(ttl);
socket.setMulticastLoopback(flag);

2.7.1 服务器

let dgram = require('dgram');
let server = dgram.createSocket('udp4');
server.on('listening',function(){
 server.MulticastTTL(128);
 server.setMulticastLoopback(true);
 server.addMembership('230.185.192.108');
});
setInterval(broadcast,1000);
function broadcast(){
 let buffer = Buffer.from(new Date().toLocaleString());
 server.send(buffer,0,buffer.length,8080,"230.185.192.108");
}

2.7.2 客户端

let dgram = require('dgram');
let client = dgram.createSocket('udp4');
client.on('listening',function(){
  client.addMembership('230.185.192.108');
});
client.on('message',function(message,remote){
 console.log(message.toString());
});
client.bind(8080,'192.168.1.103');

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