by smallnest

Go语言中实现基于 event-loop 网络处理

我们知道， Go语言为并发编程提供了简洁的编程方式， 你可以以"同步"的编程风格来并发执行代码， 比如使用go关键字新开一个goroutine。 对于网络编程，Go标准库和运行时内部采用 epoll/kqueue/IoCompletionPort来实现基于 event-loop的网络异步处理，但是通过netpoll的方式对外提供同步的访问。具体代码可以参考 runtime/netpoll、net和internal/poll。

Package poll supports non-blocking I/O on file descriptors with polling.
This supports I/O operations that block only a goroutine, not a thread.
This is used by the net and os packages.
It uses a poller built into the runtime, with support from the
runtime scheduler.

当然，我们平常不会设计到这些封装的细节，正常使用net包就很方便的开发网络程序了， 但是，如果我们想自己实现基于epoll的 event-loop网络程序呢？

基于epoll的简单程序

man epoll可以查看epoll的相关介绍。下面这个例子来自tevino， 采用edge-triggered方式处理事件。

它采用 syscall.Socket、syscall.SetNonblock、syscall.Bind、syscall.Listen系统调用来监听端口，然后采用syscall.EpollCreate1、syscall.EpollCtl、syscall.EpollWait来关联这个监听的file descriptor， 一旦有新的连接的事件过来，使用syscall.Accept接收连接请求，并对这个连接file descriptor调用syscall.EpollCtl监听数据事件。一旦连接有数据ready, 调用syscall.Read读数据，调用syscall.Write写数据。

来自https://gist.github.com/tevino/3a4f4ec4ea9d0ca66d4f
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package main

import (
	"fmt"
	"net"
	"os"
	"syscall"
)

const (
	EPOLLET        = 1 << 31
	MaxEpollEvents = 32
)

func echo(fd int) {
	defer syscall.Close(fd)
	var buf [32 * 1024]byte
	for {
		nbytes, e := syscall.Read(fd, buf[:])
		if nbytes > 0 {
			fmt.Printf(">>> %s", buf)
			syscall.Write(fd, buf[:nbytes])
			fmt.Printf("<<< %s", buf)
		}
		if e != nil {
			break
		}
	}
}

func main() {
	var event syscall.EpollEvent
	var events [MaxEpollEvents]syscall.EpollEvent

	fd, err := syscall.Socket(syscall.AF_INET, syscall.O_NONBLOCK|syscall.SOCK_STREAM, 0)
	if err != nil {
		fmt.Println(err)
		os.Exit(1)
	}
	defer syscall.Close(fd)

	if err = syscall.SetNonblock(fd, true); err != nil {
		fmt.Println("setnonblock1: ", err)
		os.Exit(1)
	}

	addr := syscall.SockaddrInet4{Port: 2000}
	copy(addr.Addr[:], net.ParseIP("0.0.0.0").To4())

	syscall.Bind(fd, &addr)
	syscall.Listen(fd, 10)

	epfd, e := syscall.EpollCreate1(0)
	if e != nil {
		fmt.Println("epoll_create1: ", e)
		os.Exit(1)
	}
	defer syscall.Close(epfd)

	event.Events = syscall.EPOLLIN
	event.Fd = int32(fd)
	if e = syscall.EpollCtl(epfd, syscall.EPOLL_CTL_ADD, fd, &event); e != nil {
		fmt.Println("epoll_ctl: ", e)
		os.Exit(1)
	}

	for {
		nevents, e := syscall.EpollWait(epfd, events[:], -1)
		if e != nil {
			fmt.Println("epoll_wait: ", e)
			break
		}

		for ev := 0; ev < nevents; ev++ {
			if int(events[ev].Fd) == fd {
				connFd, _, err := syscall.Accept(fd)
				if err != nil {
					fmt.Println("accept: ", err)
					continue
				}
				syscall.SetNonblock(fd, true)
				event.Events = syscall.EPOLLIN | EPOLLET
				event.Fd = int32(connFd)
				if err := syscall.EpollCtl(epfd, syscall.EPOLL_CTL_ADD, connFd, &event); err != nil {
					fmt.Print("epoll_ctl: ", connFd, err)
					os.Exit(1)
				}
			} else {
				go echo(int(events[ev].Fd))
			}
		}

	}
}

上面的基于epoll只是一个简单的event-loop处理原型，而且在有些平台下(MAC OS)也不能执行，事件的处理也很粗糙，如果你想实现一个完整的event-loop的网络程序， 可以参考下节的库。

evio

evio是一个性能很高的event-loop网络库，代码简单，功能强大。它直接使用 epoll和kqueue系统调用，除了Go标准net库提供了另外一种思路， 类似libuv和libevent。

这个库实现redis和haproxy等同的包处理机制，但并不想完全替代标准的net包。对于一个需要长时间运行的请求(大于1毫秒)， 比如数据库访问、身份验证等，建议还是使用Go net/http库。

你可能知道， 由很多基于event-loop的程序， 比如Nginx、Haproxy、redis、memcached等，性能都非常不错，而且它们都是单线程运行的，非常快。

这个库还有一个好处， 你可以在一个event-loop中处理多个network binding。

一个简单的例子：

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package main

import "github.com/tidwall/evio"

func main() {
	var events evio.Events
	events.Data = func(id int, in []byte) (out []byte, action evio.Action) {
		out = in
		return
	}
	if err := evio.Serve(events, "tcp://localhost:5000", "tcp://192.168.0.10:5001", "tcp://192.168.0.10:5002","unix://socket"); err != nil {
		panic(err.Error())
	}
}

作者对性能做了对比，性能非常不错。