单机如何实现百万并发TCP连接

一开始我无法理解，单机怎么可能实现百万并发连接，因为系统可用端口数只有：65535 - 1024 = 64511，每个TCP连接需要占用一个独立的端口，那最多也只能做到6W多并发连接。然而我忽视了一个很基本的问题，端口号在同一个IP下不能重复，但我们可以给一个网卡绑定多个IP地址，如果单机要主动发起100万并发连接，我们最少需要使用17个IP地址。

TCP服务器监听在指定端口接收客户端连接后，创建一个新的socket用于同客户端进行读写数据，但该socket并不需要也不会绑定一个新的端口，所以对于TCP服务器来说，不存在端口不够用的情况，TCP服务器能够保持多少个并发连接取决于服务器性能、内存大小、带宽大小以及服务器端设置（例如：进程能打开的文件数等）。以100W连接数为例，所需要总内存大小大约为：1,000,000 20K = 20G, 广播一个1KB的消息需要占用的带宽：1,000,000 1K = 1000M，所需打开文件描述符1,000,000个。

对于TCP服务器连接数压力测试来说，瓶颈在客户端，因为每个客户端要连接到TCP服务端需要使用一个本地端口，而对于一个IP地址来说，端口范围就是：0-65536，其中还要一些端口被系统或其他程序使用。所以从一台主机单个IP上发起同TCP服务器的连接数理论最大值为65535，当然我们可以给该主机绑定N个IP地址，同时从多个IP发起连接，所以理论上客户端可以发起的连接数为：IP数*65535，这时客户端的CPU、内存和带宽以及文件句柄资源就是限制。

TCP 和 UDP 服务端随处可见，它们基于 TCP/IP 协议栈，通过网络为客户端提供服务。在这篇文章中，我将介绍如何使用 Go 语言开发一个用于返回随机数、支持并发的 TCP 服务端。对于每一个来自 TCP 客户端的连接，它都会启动一个新的 goroutine（轻量级线程）来处理相应的请求。

你可以在 GitHub 上找到本项目的源码：concTcp.go。

这个程序的主要逻辑在 handleConnection 函数中，具体实现如下：

在 main 函数的实现部分，每当 TCP 服务端收到 TCP 客户端的连接请求，它都会启动一个新的 goroutine 来为这个请求提供服务。

首先， main 确保程序至少有一个命令行参数。注意，现有代码并没有检查这个参数是否为有效的 TCP 端口号。不过，如果它是一个无效的 TCP 端口号， net.Listen 就会调用失败，并返回一个错误信息，类似下面这样：

net.Listen 函数用于告诉 Go 接受网络连接，因而承担了服务端的角色。它的返回值类型是 net.Conn ，后者实现了 io.Reader 和 io.Writer 接口。此外， main 函数中还调用了 rand.Seed 函数，用于初始化随机数生成器。最后， for 循环允许程序一直使用 Accept 函数来接受 TCP 客户端的连接请求，并以 goroutine 的方式来运行 handleConnection(c) 函数，处理客户端的后续请求。

net.Listen 函数的第一个参数定义了使用的网络类型，而第二个参数定义了服务端监听的地址和端口号。第一个参数的有效值为 tcp 、 tcp4 、 tcp6 、 udp 、 udp4 、 udp6 、 ip 、 ip4 、 ip6 、 Unix （Unix 套接字）、 Unixgram 和 Unixpacket ，其中： tcp4 、 udp4 和 ip4 只接受 IPv4 地址，而 tcp6 、 udp6 和 ip6 只接受 IPv6 地址。

concTCP.go 需要一个命令行参数，来指定监听的端口号。当它开始服务 TCP 客户端时，你会得到类似下面的输出：

netstat 的输出可以确认 congTCP.go 正在为多个 TCP 客户端提供服务，并且仍在继续监听建立连接的请求：

在上面输出中，最后一行显示了有一个进程正在监听 8001 端口，这意味着你可以继续连接 TCP 的 8001 端口。第一行和第二行显示了有一个已建立的 TCP 网络连接，它占用了 8001 和 62556 端口。相似地，第三行和第四行显示了有另一个已建立的 TCP 连接，它占用了 8001 和 62554 端口。

下面这张图片显示了 concTCP.go 在服务多个 TCP 客户端时的输出：

类似地，下面这张图片显示了两个 TCP 客户端的输出（使用了 nc 工具）：

你可以在 维基百科上找到更多关于 nc （即 netcat ）的信息。

现在，你学会了如何用大约 65 行 Go 代码来开发一个生成随机数、支持并发的 TCP 服务端，这真是太棒了！如果你想要让你的 TCP 服务端执行别的任务，只需要修改 handleConnection 函数即可。

via: https://opensource.com/article/18/5/building-concurrent-tcp-server-go

作者：Mihalis Tsoukalos选题：lkxed译者：lkxed校对：wxy

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