8.10. 示例: 聊天服務

我們用一個聊天服務器來終結本章節的內容，這個程序可以讓一些用戶通過服務器向其它所有用戶廣播文本消息。這個程序中有四種goroutine。main和broadcaster各自是一個goroutine實例，每一個客戶端的連接都會有一個handleConn和clientWriter的goroutine。broadcaster是select用法的不錯的樣例，因為它需要處理三種不同類型的消息。

下面演示的main goroutine的工作，是listen和accept(譯註：網絡編程裡的概念)從客戶端過來的連接。對每一個連接，程序都會建立一個新的handleConn的goroutine，就像我們在本章開頭的併發的echo服務器裡所做的那樣。

gopl.io/ch8/chat

func main() {
    listener, err := net.Listen("tcp", "localhost:8000")
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
    go broadcaster()
    for {
        conn, err := listener.Accept()
        if err != nil {
            log.Print(err)
            continue
        }
        go handleConn(conn)
    }
}

然後是broadcaster的goroutine。他的內部變量clients會記錄當前建立連接的客戶端集合。其記錄的內容是每一個客戶端的消息發出channel的“資格”信息。

type client chan<- string // an outgoing message channel

var (
    entering = make(chan client)
    leaving  = make(chan client)
    messages = make(chan string) // all incoming client messages
)

func broadcaster() {
    clients := make(map[client]bool) // all connected clients
    for {
        select {
        case msg := <-messages:
            // Broadcast incoming message to all
            // clients' outgoing message channels.
            for cli := range clients {
                cli <- msg
            }
        case cli := <-entering:
            clients[cli] = true

        case cli := <-leaving:
            delete(clients, cli)
            close(cli)
        }
    }
}

broadcaster監聽來自全局的entering和leaving的channel來獲知客戶端的到來和離開事件。當其接收到其中的一個事件時，會更新clients集合，當該事件是離開行為時，它會關閉客戶端的消息發送channel。broadcaster也會監聽全局的消息channel，所有的客戶端都會向這個channel中發送消息。當broadcaster接收到什麼消息時，就會將其廣播至所有連接到服務端的客戶端。

現在讓我們看看每一個客戶端的goroutine。handleConn函數會為它的客戶端創建一個消息發送channel並通過entering channel來通知客戶端的到來。然後它會讀取客戶端發來的每一行文本，並通過全局的消息channel來將這些文本發送出去，併為每條消息帶上發送者的前綴來標明消息身份。當客戶端發送完畢後，handleConn會通過leaving這個channel來通知客戶端的離開並關閉連接。

func handleConn(conn net.Conn) {
    ch := make(chan string) // outgoing client messages
    go clientWriter(conn, ch)

    who := conn.RemoteAddr().String()
    ch <- "You are " + who
    messages <- who + " has arrived"
    entering <- ch

    input := bufio.NewScanner(conn)
    for input.Scan() {
        messages <- who + ": " + input.Text()
    }
    // NOTE: ignoring potential errors from input.Err()

    leaving <- ch
    messages <- who + " has left"
    conn.Close()
}

func clientWriter(conn net.Conn, ch <-chan string) {
    for msg := range ch {
        fmt.Fprintln(conn, msg) // NOTE: ignoring network errors
    }
}

另外，handleConn為每一個客戶端創建了一個clientWriter的goroutine，用來接收向客戶端發送消息的channel中的廣播消息，並將它們寫入到客戶端的網絡連接。客戶端的讀取循環會在broadcaster接收到leaving通知並關閉了channel後終止。

下面演示的是當服務器有兩個活動的客戶端連接，並且在兩個窗口中運行的情況，使用netcat來聊天：

$ go build gopl.io/ch8/chat
$ go build gopl.io/ch8/netcat3
$ ./chat &
$ ./netcat3
You are 127.0.0.1:64208               $ ./netcat3
127.0.0.1:64211 has arrived           You are 127.0.0.1:64211
Hi!
127.0.0.1:64208: Hi!                  127.0.0.1:64208: Hi!
                                      Hi yourself.
127.0.0.1:64211: Hi yourself.         127.0.0.1:64211: Hi yourself.
^C
                                      127.0.0.1:64208 has left
$ ./netcat3
You are 127.0.0.1:64216               127.0.0.1:64216 has arrived
                                      Welcome.
127.0.0.1:64211: Welcome.             127.0.0.1:64211: Welcome.
                                      ^C
127.0.0.1:64211 has left”

當與n個客戶端保持聊天session時，這個程序會有2n+2個併發的goroutine，然而這個程序卻並不需要顯式的鎖（§9.2）。clients這個map被限制在了一個獨立的goroutine中，broadcaster，所以它不能被併發地訪問。多個goroutine共享的變量只有這些channel和net.Conn的實例，兩個東西都是併發安全的。我們會在下一章中更多地講解約束，併發安全以及goroutine中共享變量的含義。

練習 8.12： 使broadcaster能夠在每個新的客戶端到來時通知它當前的客戶端集合。這需要你在clients集合中，以及entering和leaving的channel中記錄客戶端的名字。

練習 8.13： 使聊天服務器能夠斷開空閒的客戶端連接，比如最近五分鐘之後沒有發送任何消息的那些客戶端。提示：可以在其它goroutine中調用conn.Close()來解除Read調用，就像input.Scanner()所做的那樣。

練習 8.14： 修改聊天服務器的網絡協議，這樣每一個客戶端就可以在entering時提供他們的名字。將消息前綴由之前的網絡地址改為這個名字。

練習 8.15： 如果一個客戶端沒有及時地讀取數據可能會導致所有的客戶端被阻塞。修改broadcaster來跳過一條消息，而不是等待這個客戶端一直到其準備好讀寫。或者為每一個客戶端的消息發送channel建立緩衝區，這樣大部分的消息便不會被丟掉；broadcaster應該用一個非阻塞的send向這個channel中發消息。