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欢迎大家围观~~,目前还在持续更新,感兴趣的话可以 star 一下暗中观察哦。
📖 简介
gnet
是一个基于事件驱动的高性能和轻量级网络框架。它直接使用 epoll 和 kqueue 系统调用而非标准 Golang 网络包:net 来构建网络应用,它的工作原理类似两个开源的网络库:netty 和 libuv。
这个项目存在的价值是提供一个在网络包处理方面能和 Redis、Haproxy 这两个项目具有相近性能的 Go 语言网络服务器框架。
gnet
的亮点在于它是一个高性能、轻量级、非阻塞的纯 Go 实现的传输层(TCP/UDP/Unix-Socket)网络框架,开发者可以使用 gnet
来实现自己的应用层网络协议(HTTP、RPC、Redis、WebSocket 等等),从而构建出自己的应用层网络应用:比如在 gnet
上实现 HTTP 协议就可以创建出一个 HTTP 服务器 或者 Web 开发框架,实现 Redis 协议就可以创建出自己的 Redis 服务器等等。
gnet
衍生自另一个项目:evio
,但性能远胜之。
🚀 功能
- 高性能 的基于多线程/Go 程网络模型的 event-loop 事件驱动
- 内置 Round-Robin 轮询负载均衡算法
- 内置 goroutine 池,由开源库 ants 提供支持
- 内置 bytes 内存池,由开源库 pool 提供支持
- 简洁的 APIs
- 基于 Ring-Buffer 的高效内存利用
- 支持多种网络协议:TCP、UDP、Unix Sockets
- 支持两种事件驱动机制:Linux 里的 epoll 以及 FreeBSD 里的 kqueue
- 支持异步写操作
- 灵活的事件定时器
- SO_REUSEPORT 端口重用
- 内置多种编解码器,支持对 TCP 数据流分包:LineBasedFrameCodec, DelimiterBasedFrameCodec, FixedLengthFrameCodec 和 LengthFieldBasedFrameCodec,参考自 netty codec,而且支持自定制编解码器
- 支持 Windows 平台,基于
IOCP 事件驱动机制Go 标准网络库 - 加入更多的负载均衡算法:随机、最少连接、一致性哈希等等
- 支持 TLS
- 实现
gnet
客户端
💡 核心设计
多线程/Go 程网络模型
主从多 Reactors
gnet
重新设计开发了一个新内置的多线程/Go 程网络模型:『主从多 Reactors』,这也是 netty
默认的多线程网络模型,下面是这个模型的原理图:
它的运行流程如下面的时序图:
主从多 Reactors + 线程/Go 程池
你可能会问一个问题:如果我的业务逻辑是阻塞的,那么在 EventHandler.React
注册方法里的逻辑也会阻塞,从而导致阻塞 event-loop 线程,这时候怎么办?
正如你所知,基于 gnet
编写你的网络服务器有一条最重要的原则:永远不能让你业务逻辑(一般写在 EventHandler.React
里)阻塞 event-loop 线程,否则的话将会极大地降低服务器的吞吐量,这也是 netty
的一条最重要的原则。
我的回答是,基于 gnet
的另一种多线程/Go 程网络模型:『带线程/Go 程池的主从多 Reactors』可以解决阻塞问题,这个新网络模型通过引入一个 worker pool 来解决业务逻辑阻塞的问题:它会在启动的时候初始化一个 worker pool,然后在把 EventHandler.React
里面的阻塞代码放到 worker pool 里执行,从而避免阻塞 event-loop 线程,
模型的架构图如下所示:
它的运行流程如下面的时序图:
gnet
通过利用 ants goroutine 池(一个基于 Go 开发的高性能的 goroutine 池 ,实现了对大规模 goroutines 的调度管理、goroutines 复用)来实现『主从多 Reactors + 线程/Go 程池』网络模型。关于 ants
的全部功能和使用,可以在 ants 文档 里找到。
gnet
内部集成了 ants
以及提供了 pool.NewWorkerPool
方法来初始化一个 ants
goroutine 池,然后你可以把 EventHandler.React
中阻塞的业务逻辑提交到 goroutine 池里执行,最后在 goroutine 池里的代码调用 gnet.Conn.AsyncWrite
方法把处理完阻塞逻辑之后得到的输出数据异步写回客户端,这样就可以避免阻塞 event-loop 线程。
有关在 gnet
里使用 ants
goroutine 池的细节可以到这里进一步了解。
自动扩容的 Ring-Buffer
gnet
内置了 inbound 和 outbound 两个 buffers,基于 Ring-Buffer 原理实现,分别用来缓冲输入输出的网络数据以及管理内存。
对于 TCP 协议的流数据,使用 gnet
不需要业务方为了解析应用层协议而自己维护和管理 buffers,gnet
会替业务方完成缓冲和管理网络数据的任务,降低业务代码的复杂性以及降低开发者的心智负担,使得开发者能够专注于业务逻辑而非一些底层功能。
🎉 开始使用
前提
gnet
需要 Go 版本 >= 1.9。
安装
go get -u github.com/panjf2000/gnet
gnet
支持作为一个 Go module 被导入,基于 Go 1.11 Modules (Go 1.11+),只需要在你的项目里直接 import "github.com/panjf2000/gnet"
,然后运行 go [build|run|test]
自动下载和构建需要的依赖包。
使用示例
详细的文档在这里: gnet 接口文档,不过下面我们先来了解下使用 gnet
的简略方法。
用 gnet
来构建网络服务器是非常简单的,只需要实现 gnet.EventHandler
接口然后把你关心的事件函数注册到里面,最后把它连同监听地址一起传递给 gnet.Serve
函数就完成了。在服务器开始工作之后,每一条到来的网络连接会在各个事件之间传递,如果你想在某个事件中关闭某条连接或者关掉整个服务器的话,直接把 gnet.Action
设置成 Cosed
或者 Shutdown
就行了。
Echo 服务器是一种最简单网络服务器,把它作为 gnet
的入门例子在再合适不过了,下面是一个最简单的 echo server,它监听了 9000 端口:
不带阻塞逻辑的 echo 服务器
package main
import (
"log"
"github.com/panjf2000/gnet"
)
type echoServer struct {
*gnet.EventServer
}
func (es *echoServer) React(c gnet.Conn) (out []byte, action gnet.Action) {
out = c.Read()
c.ResetBuffer()
return
}
func main() {
echo := new(echoServer)
log.Fatal(gnet.Serve(echo, "tcp://:9000", gnet.WithMulticore(true)))
}
正如你所见,上面的例子里 gnet
实例只注册了一个 EventHandler.React
事件。一般来说,主要的业务逻辑代码会写在这个事件方法里,这个方法会在服务器接收到客户端写过来的数据之时被调用,然后处理输入数据(这里只是把数据 echo 回去)并且在处理完之后把需要输出的数据赋值给 out
变量然后返回,之后你就不用管了,gnet
会帮你把数据写回客户端的。
带阻塞逻辑的 echo 服务器
package main
import (
"log"
"time"
"github.com/panjf2000/gnet"
"github.com/panjf2000/gnet/pool"
)
type echoServer struct {
*gnet.EventServer
pool *pool.WorkerPool
}
func (es *echoServer) React(c gnet.Conn) (out []byte, action gnet.Action) {
data := append([]byte{}, c.Read()...)
c.ResetBuffer()
// Use ants pool to unblock the event-loop.
_ = es.pool.Submit(func() {
time.Sleep(1 * time.Second)
c.AsyncWrite(data)
})
return
}
func main() {
p := pool.NewWorkerPool()
defer p.Release()
echo := &echoServer{pool: p}
log.Fatal(gnet.Serve(echo, "tcp://:9000", gnet.WithMulticore(true)))
}
正如我在『主从多 Reactors + 线程/Go 程池』那一节所说的那样,如果你的业务逻辑里包含阻塞代码,那么你应该把这些阻塞代码变成非阻塞的,比如通过把这部分代码通过 goroutine 去运行,但是要注意一点,如果你的服务器处理的流量足够的大,那么这种做法将会导致创建大量的 goroutines 极大地消耗系统资源,所以我一般建议你用 goroutine pool 来做 goroutines 的复用和管理,以及节省系统资源。
各种 gnet 示例:
Echo Server
package main
import (
"flag"
"fmt"
"log"
"github.com/panjf2000/gnet"
)
type echoServer struct {
*gnet.EventServer
}
func (es *echoServer) OnInitComplete(srv gnet.Server) (action gnet.Action) {
log.Printf("Echo server is listening on %s (multi-cores: %t, loops: %d)\n",
srv.Addr.String(), srv.Multicore, srv.NumLoops)
return
}
func (es *echoServer) React(c gnet.Conn) (out []byte, action gnet.Action) {
out = c.Read()
c.ResetBuffer()
return
}
func main() {
var port int
var multicore bool
// Example command: go run echo.go --port 9000 --multicore true
flag.IntVar(&port, "port", 9000, "server port")
flag.BoolVar(&multicore, "multicore", true, "multicore")
flag.Parse()
echo := new(echoServer)
log.Fatal(gnet.Serve(echo, fmt.Sprintf("tcp://:%d", port), gnet.WithMulticore(multicore)))
}
HTTP Server
package main
import (
"bytes"
"flag"
"fmt"
"log"
"os"
"strconv"
"strings"
"time"
"github.com/panjf2000/gnet"
)
var res string
type request struct {
proto, method string
path, query string
head, body string
remoteAddr string
}
type httpServer struct {
*gnet.EventServer
noparse bool
}
func (hs *httpServer) OnInitComplete(srv gnet.Server) (action gnet.Action) {
log.Printf("HTTP server is listening on %s (multi-cores: %t, loops: %d)\n",
srv.Addr.String(), srv.Multicore, srv.NumLoops)
return
}
func (hs *httpServer) React(c gnet.Conn) (out []byte, action gnet.Action) {
data := c.Read()
if hs.noparse && bytes.Contains(data, []byte("\r\n\r\n")) {
// for testing minimal single packet request -> response.
out = appendresp(nil, "200 OK", "", res)
c.ResetBuffer()
return
}
// process the pipeline
var req request
leftover, err := parsereq(data, &req)
if err != nil {
// bad thing happened
out = appendresp(out, "500 Error", "", err.Error()+"\n")
action = gnet.Close
return
} else if len(leftover) == len(data) {
// request not ready, yet
return
}
// handle the request
req.remoteAddr = c.RemoteAddr().String()
out = appendhandle(out, &req)
c.ResetBuffer()
return
}
func main() {
var port int
var multicore bool
var aaaa bool
var noparse bool
// Example command: go run http.go --port 8080 --multicore true
flag.IntVar(&port, "port", 8080, "server port")
flag.BoolVar(&aaaa, "aaaa", false, "aaaaa....")
flag.BoolVar(&noparse, "noparse", true, "do not parse requests")
flag.BoolVar(&multicore, "multicore", true, "multicore")
flag.Parse()
if os.Getenv("NOPARSE") == "1" {
noparse = true
}
if aaaa {
res = strings.Repeat("a", 1024)
} else {
res = "Hello World!\r\n"
}
http := &httpServer{noparse: noparse}
// We at least want the single http address.
addr := fmt.Sprintf("tcp"+"://:%d", port)
// Start serving!
log.Fatal(gnet.Serve(http, addr, gnet.WithMulticore(multicore)))
}
// appendhandle handles the incoming request and appends the response to
// the provided bytes, which is then returned to the caller.
func appendhandle(b []byte, req *request) []byte {
return appendresp(b, "200 OK", "", res)
}
// appendresp will append a valid http response to the provide bytes.
// The status param should be the code plus text such as "200 OK".
// The head parameter should be a series of lines ending with "\r\n" or empty.
func appendresp(b []byte, status, head, body string) []byte {
b = append(b, "HTTP/1.1"...)
b = append(b, ' ')
b = append(b, status...)
b = append(b, '\r', '\n')
b = append(b, "Server: gnet\r\n"...)
b = append(b, "Date: "...)
b = time.Now().AppendFormat(b, "Mon, 02 Jan 2006 15:04:05 GMT")
b = append(b, '\r', '\n')
if len(body) > 0 {
b = append(b, "Content-Length: "...)
b = strconv.AppendInt(b, int64(len(body)), 10)
b = append(b, '\r', '\n')
}
b = append(b, head...)
b = append(b, '\r', '\n')
if len(body) > 0 {
b = append(b, body...)
}
return b
}
// parsereq is a very simple http request parser. This operation
// waits for the entire payload to be buffered before returning a
// valid request.
func parsereq(data []byte, req *request) (leftover []byte, err error) {
sdata := string(data)
var i, s int
var head string
var clen int
var q = -1
// method, path, proto line
for ; i < len(sdata); i++ {
if sdata[i] == ' ' {
req.method = sdata[s:i]
for i, s = i+1, i+1; i < len(sdata); i++ {
if sdata[i] == '?' && q == -1 {
q = i - s
} else if sdata[i] == ' ' {
if q != -1 {
req.path = sdata[s:q]
req.query = req.path[q+1 : i]
} else {
req.path = sdata[s:i]
}
for i, s = i+1, i+1; i < len(sdata); i++ {
if sdata[i] == '\n' && sdata[i-1] == '\r' {
req.proto = sdata[s:i]
i, s = i+1, i+1
break
}
}
break
}
}
break
}
}
if req.proto == "" {
return data, fmt.Errorf("malformed request")
}
head = sdata[:s]
for ; i < len(sdata); i++ {
if i > 1 && sdata[i] == '\n' && sdata[i-1] == '\r' {
line := sdata[s : i-1]
s = i + 1
if line == "" {
req.head = sdata[len(head)+2 : i+1]
i++
if clen > 0 {
if len(sdata[i:]) < clen {
break
}
req.body = sdata[i : i+clen]
i += clen
}
return data[i:], nil
}
if strings.HasPrefix(line, "Content-Length:") {
n, err := strconv.ParseInt(strings.TrimSpace(line[len("Content-Length:"):]), 10, 64)
if err == nil {
clen = int(n)
}
}
}
}
// not enough data
return data, nil
}
Push Server
package main
import (
"flag"
"fmt"
"log"
"sync"
"time"
"github.com/panjf2000/gnet"
)
type pushServer struct {
*gnet.EventServer
tick time.Duration
connectedSockets sync.Map
}
func (ps *pushServer) OnInitComplete(srv gnet.Server) (action gnet.Action) {
log.Printf("Push server is listening on %s (multi-cores: %t, loops: %d), "+
"pushing data every %s ...\n", srv.Addr.String(), srv.Multicore, srv.NumLoops, ps.tick.String())
return
}
func (ps *pushServer) OnOpened(c gnet.Conn) (out []byte, action gnet.Action) {
log.Printf("Socket with addr: %s has been opened...\n", c.RemoteAddr().String())
ps.connectedSockets.Store(c.RemoteAddr().String(), c)
return
}
func (ps *pushServer) OnClosed(c gnet.Conn, err error) (action gnet.Action) {
log.Printf("Socket with addr: %s is closing...\n", c.RemoteAddr().String())
ps.connectedSockets.Delete(c.RemoteAddr().String())
return
}
func (ps *pushServer) Tick() (delay time.Duration, action gnet.Action) {
log.Println("It's time to push data to clients!!!")
ps.connectedSockets.Range(func(key, value interface{}) bool {
addr := key.(string)
c := value.(gnet.Conn)
c.AsyncWrite([]byte(fmt.Sprintf("heart beating to %s\n", addr)))
return true
})
delay = ps.tick
return
}
func (ps *pushServer) React(c gnet.Conn) (out []byte, action gnet.Action) {
out = c.Read()
c.ResetBuffer()
return
}
func main() {
var port int
var multicore bool
var interval time.Duration
var ticker bool
// Example command: go run push.go --port 9000 --tick 1s
flag.IntVar(&port, "port", 9000, "server port")
flag.BoolVar(&multicore, "multicore", true, "multicore")
flag.DurationVar(&interval, "tick", 0, "pushing tick")
flag.Parse()
if interval > 0 {
ticker = true
}
push := &pushServer{tick: interval}
log.Fatal(gnet.Serve(push, fmt.Sprintf("tcp://:%d", port), gnet.WithMulticore(multicore), gnet.WithTicker(ticker)))
}
Codec Client/Server
Client:
// Reference https://github.com/smallnest/goframe/blob/master/_examples/goclient/client.go
package main
import (
"encoding/binary"
"fmt"
"net"
"github.com/smallnest/goframe"
)
func main() {
conn, err := net.Dial("tcp", "127.0.0.1:9000")
if err != nil {
panic(err)
}
defer conn.Close()
encoderConfig := goframe.EncoderConfig{
ByteOrder: binary.BigEndian,
LengthFieldLength: 4,
LengthAdjustment: 0,
LengthIncludesLengthFieldLength: false,
}
decoderConfig := goframe.DecoderConfig{
ByteOrder: binary.BigEndian,
LengthFieldOffset: 0,
LengthFieldLength: 4,
LengthAdjustment: 0,
InitialBytesToStrip: 4,
}
fc := goframe.NewLengthFieldBasedFrameConn(encoderConfig, decoderConfig, conn)
err = fc.WriteFrame([]byte("hello"))
if err != nil {
panic(err)
}
err = fc.WriteFrame([]byte("world"))
if err != nil {
panic(err)
}
buf, err := fc.ReadFrame()
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println("received: ", string(buf))
buf, err = fc.ReadFrame()
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println("received: ", string(buf))
}
Server:
package main
import (
"encoding/binary"
"flag"
"fmt"
"log"
"time"
"github.com/panjf2000/gnet"
"github.com/panjf2000/gnet/pool"
)
type codecServer struct {
*gnet.EventServer
addr string
multicore bool
async bool
codec gnet.ICodec
workerPool *pool.WorkerPool
}
func (cs *codecServer) OnInitComplete(srv gnet.Server) (action gnet.Action) {
log.Printf("Test codec server is listening on %s (multi-cores: %t, loops: %d)\n",
srv.Addr.String(), srv.Multicore, srv.NumLoops)
return
}
func (cs *codecServer) React(c gnet.Conn) (out []byte, action gnet.Action) {
if cs.async {
data := append([]byte{}, c.ReadFrame()...)
_ = cs.workerPool.Submit(func() {
c.AsyncWrite(data)
})
return
}
out = c.ReadFrame()
return
}
func testCodecServe(addr string, multicore, async bool, codec gnet.ICodec) {
var err error
if codec == nil {
encoderConfig := gnet.EncoderConfig{
ByteOrder: binary.BigEndian,
LengthFieldLength: 4,
LengthAdjustment: 0,
LengthIncludesLengthFieldLength: false,
}
decoderConfig := gnet.DecoderConfig{
ByteOrder: binary.BigEndian,
LengthFieldOffset: 0,
LengthFieldLength: 4,
LengthAdjustment: 0,
InitialBytesToStrip: 4,
}
codec = gnet.NewLengthFieldBasedFrameCodec(encoderConfig, decoderConfig)
}
cs := &codecServer{addr: addr, multicore: multicore, async: async, codec: codec, workerPool: pool.NewWorkerPool()}
err = gnet.Serve(cs, addr, gnet.WithMulticore(multicore), gnet.WithTCPKeepAlive(time.Minute*5), gnet.WithCodec(codec))
if err != nil {
panic(err)
}
}
func main() {
var port int
var multicore bool
// Example command: go run server.go --port 9000 --multicore true
flag.IntVar(&port, "port", 9000, "server port")
flag.BoolVar(&multicore, "multicore", true, "multicore")
flag.Parse()
addr := fmt.Sprintf("tcp://:%d", port)
testCodecServe(addr, true, false, nil)
}
更详细的代码在这里: gnet 示例。
I/O 事件
gnet
目前支持的 I/O 事件如下:
EventHandler.OnInitComplete
当 server 初始化完成之后调用。EventHandler.OnOpened
当连接被打开的时候调用。EventHandler.OnClosed
当连接被关闭的之后调用。EventHandler.React
当 server 端接收到从 client 端发送来的数据的时候调用。(你的核心业务代码一般是写在这个方法里)EventHandler.Tick
服务器启动的时候会调用一次,之后就以给定的时间间隔定时调用一次,是一个定时器方法。EventHandler.PreWrite
预先写数据方法,在 server 端写数据回 client 端之前调用。
定时器
EventHandler.Tick
会每隔一段时间触发一次,间隔时间你可以自己控制,设定返回的 delay
变量就行。
定时器的第一次触发是在 gnet server 启动之后,如果你要设置定时器,别忘了设置 option 选项:WithTicker(true)
。
events.Tick = func() (delay time.Duration, action Action) {
log.Printf("tick")
delay = time.Second
return
}
UDP 支持
gnet
支持 UDP 协议,在 gnet.Serve
里绑定 UDP 地址即可,gnet
的 UDP 支持有如下的特性:
- 数据进入服务器之后立刻写回客户端,不做缓存。
EventHandler.OnOpened
和EventHandler.OnClosed
这两个事件在 UDP 下不可用,唯一可用的事件是React
。
使用多核
gnet.WithMulticore(true)
参数指定了 gnet
是否会使用多核来进行服务,如果是 true
的话就会使用多核,否则就是单核运行,利用的核心数一般是机器的 CPU 数量。
负载均衡
gnet
目前内置的负载均衡算法是轮询调度 Round-Robin,暂时不支持自定制。
SO_REUSEPORT 端口复用
服务器支持 SO_REUSEPORT 端口复用特性,允许多个 sockets 监听同一个端口,然后内核会帮你做好负载均衡,每次只唤醒一个 socket 来处理 accept 请求,避免惊群效应。
默认情况下,gnet
也不会有惊群效应,因为 gnet
默认的网络模型是主从多 Reactors,只会有一个主 reactor 在监听端口以及接受新连接。所以,开不开启 SO_REUSEPORT
选项是无关紧要的,只是开启了这个选项之后 gnet
的网络模型将会切换成 evio
的旧网络模型,这一点需要注意一下。
开启这个功能也很简单,使用 functional options 设置一下即可:
gnet.Serve(events, "tcp://:9000", gnet.WithMulticore(true), gnet.WithReusePort(true)))
多种内置的 TCP 流编解码器
gnet
内置了多种用于 TCP 流分包的编解码器。
目前一共实现了 4 种常见的编解码器:LineBasedFrameCodec, DelimiterBasedFrameCodec, FixedLengthFrameCodec 和 LengthFieldBasedFrameCodec,基本上能满足大多数应用场景的需求了;而且 gnet
还允许用户实现自己的编解码器:只需要实现 gnet.ICodec 接口,并通过 functional options 替换掉内部默认的编解码器即可。
这里有一个使用编解码器对 TCP 流分包的例子。
📊 性能测试
同类型的网络库性能对比
Linux (epoll)
系统参数
# Machine information
OS : Ubuntu 18.04/x86_64
CPU : 8 Virtual CPUs
Memory : 16.0 GiB
# Go version and configurations
Go Version : go1.12.9 linux/amd64
GOMAXPROCS=8
Echo Server
HTTP Server
FreeBSD (kqueue)
系统参数
# Machine information
OS : macOS Mojave 10.14.6/x86_64
CPU : 4 CPUs
Memory : 8.0 GiB
# Go version and configurations
Go Version : go version go1.12.9 darwin/amd64
GOMAXPROCS=4
Echo Server
HTTP Server
📄 证书
gnet
的源码允许用户在遵循 MIT 开源证书 规则的前提下使用。
👏 贡献者
请在提 PR 之前仔细阅读 Contributing Guidelines,感谢那些为 gnet
贡献过代码的开发者!
🙏 致谢
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JetBrains 开源证书支持
gnet
项目一直以来都是在 JetBrains 公司旗下的 GoLand 集成开发环境中进行开发,基于 free JetBrains Open Source license(s) 正版免费授权,在此表达我的谢意。
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