【开源】gnet: 一个轻量级且高性能的 Golang 网络库

本文涉及的产品
网络型负载均衡 NLB,每月750个小时 15LCU
传统型负载均衡 CLB,每月750个小时 15LCU
应用型负载均衡 ALB,每月750个小时 15LCU
简介: gnet 是一个基于 Event-Loop 事件驱动的高性能和轻量级网络库。这个库直接使用 epoll 和 kqueue 系统调用而非标准 Golang 网络包:net 来构建网络应用,它的工作原理类似于两个开源的网络库:libuv 和 libevent。

Github 主页

https://github.com/panjf2000/gnet

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。

原文博客

gnet: 一个轻量级且高性能的 Golang 网络库

简介

gnet 是一个基于 Event-Loop 事件驱动的高性能和轻量级网络库。这个库直接使用 epollkqueue 系统调用而非标准 Golang 网络包:net 来构建网络应用,它的工作原理类似于两个开源的网络库:libuvlibevent

这个项目存在的价值是提供一个在网络包处理方面能和 RedisHaproxy 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)网络库,开发者可以使用 gnet 来实现自己的应用层网络协议,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**,但是性能更好。

功能

  • 高性能 的基于多线程模型的 Event-Loop 事件驱动
  • 内置 Round-Robin 轮询负载均衡算法
  • 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
  • 允许多个网络监听地址绑定在一个 Event-Loop 上
  • 灵活的事件定时器
  • SO_REUSEPORT 端口重用

核心设计

多线程/Go程模型

主从多 Reactors 模型

gnet 重新设计开发了一个新内置的多线程/Go程模型:『主从多 Reactors』,这也是 netty 默认的线程模型,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 Event.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 Event.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,现在我正在为 gnet 开发一个新的多线程/Go程模型:『带线程/Go程池的主从多 Reactors』,这个新网络模型将通过引入一个 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 Event.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,

这个模型还在持续开发中并且很快就能完成,模型的架构图如下所示:

64918783-90de3b80-d7d5-11e9-9190-ff8277c95db1.png

它的运行流程如下面的时序图:

不过,在这个新的网络模型开发完成之前,你依然可以通过一些其他的外部开源 goroutine pool 来处理你的阻塞业务逻辑,在这里我推荐个人开发的一个开源 goroutine pool:ants,它是一个基于 Go 开发的高性能的 goroutine pool ,实现了对大规模 goroutine 的调度管理、goroutine 复用。

你可以在开发 gnet 网络应用的时候集成 ants 库,然后把那些阻塞业务逻辑提交到 ants 池里去执行,从而避免阻塞 event-loop 线程。

通信机制

gnet 的『主从 Reactors 多线程』模型是基于 Golang 里的 Goroutines的,一个 Reactor 挂载在一个 Goroutine 上,所以在 gnet 的这个网络模型里主 Reactor/Goroutine 与从 Reactors/Goroutines 有海量通信的需求,因此 gnet 里必须要有一个能在 Goroutines 之间进行高效率的通信的机制,我没有选择 Golang 里的主流方案:基于 Channel 的 CSP 模型,而是选择了性能更好、基于 Ring-Buffer 的 Disruptor 方案。

所以我最终选择了 go-disruptor:高性能消息分发队列 LMAX Disruptor 的 Golang 实现。

自动扩容的 Ring-Buffer

gnet 利用 Ring-Buffer 来缓存 TCP 流数据以及管理内存使用。

开始使用

安装

$ go get -u github.com/panjf2000/gnet

使用示例

gnet 来构建网络服务器是非常简单的,只需要把你关心的事件注册到 gnet.Events 里面,然后把它和绑定的监听地址一起传递给 gnet.Serve 方法就完成了。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"
    "strings"

    "github.com/panjf2000/gnet"
)

func main() {
    var trace bool
    var events gnet.Events
    events.React = func(c gnet.Conn) (out []byte, action gnet.Action) {
        top, tail := c.ReadPair()
        out = append(top, tail...)
        c.ResetBuffer()
        if trace {
            log.Printf("%s", strings.TrimSpace(string(top)+string(tail)))
        }
        return
    }
    log.Fatal(gnet.Serve(events, "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 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/ants"
    "github.com/panjf2000/gnet"
)

func main() {
    var events gnet.Events

    // Create a goroutine pool.
    poolSize := 256 * 1024
    pool, _ := ants.NewPool(poolSize, ants.WithNonblocking(true))
    defer pool.Release()

    events.React = func(c gnet.Conn) (out []byte, action gnet.Action) {
        data := c.ReadBytes()
        c.ResetBuffer()
        action = DataRead
        // Use ants pool to unblock the event-loop.
        _ = pool.Submit(func() {
            time.Sleep(1 * time.Second)
            c.AsyncWrite(data)
        })
        return
    }
    log.Fatal(gnet.Serve(events, "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。

I/O 事件

gnet 目前支持的 I/O 事件如下:

  • OnInitComplete 当 server 初始化完成之后调用。
  • OnOpened 当连接被打开的时候调用。
  • OnClosed 当连接被关闭的时候调用。
  • 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)
  • 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。
  • PreWrite 预先写数据方法,在 server 端写数据回 client 端之前调用。

定时器

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.Serving 事件之后。

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。
  • OnOpenedOnClosed 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。

开启这个功能也很简单,设置 options 参数即可:

gnet.Serve(events, "tcp://:9000", gnet.WithMulticore(true)))

性能测试

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

同类型的网络库性能对比:

Echo Server

echolinux.png

HTTP Server

httplinux.png

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

echomac.png

HTTP Server

httpmac.png

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。

相关文章

待做事项

gnet 还在持续开发的过程中,所以这个仓库的代码和文档会一直持续更新,如果你对 gnet 感兴趣的话,欢迎给这个开源库贡献你的代码,还有你要是喜欢 gnet 的话,可以给个星星鼓励一下哦 ~~

相关实践学习
SLB负载均衡实践
本场景通过使用阿里云负载均衡 SLB 以及对负载均衡 SLB 后端服务器 ECS 的权重进行修改,快速解决服务器响应速度慢的问题
负载均衡入门与产品使用指南
负载均衡(Server Load Balancer)是对多台云服务器进行流量分发的负载均衡服务,可以通过流量分发扩展应用系统对外的服务能力,通过消除单点故障提升应用系统的可用性。 本课程主要介绍负载均衡的相关技术以及阿里云负载均衡产品的使用方法。
相关文章
|
11天前
|
JSON Go 开发者
go-carbon v2.5.0 发布,轻量级、语义化、对开发者友好的 golang 时间处理库
carbon 是一个轻量级、语义化、对开发者友好的 Golang 时间处理库,提供了对时间穿越、时间差值、时间极值、时间判断、星座、星座、农历、儒略日 / 简化儒略日、波斯历 / 伊朗历的支持。
32 4
|
19天前
|
安全 Linux 网络安全
nmap 是一款强大的开源网络扫描工具,能检测目标的开放端口、服务类型和操作系统等信息
nmap 是一款强大的开源网络扫描工具,能检测目标的开放端口、服务类型和操作系统等信息。本文分三部分介绍 nmap:基本原理、使用方法及技巧、实际应用及案例分析。通过学习 nmap,您可以更好地了解网络拓扑和安全状况,提升网络安全管理和渗透测试能力。
81 5
|
3月前
|
JavaScript 前端开发 API
网络请求库 – axios库
网络请求库 – axios库
203 60
|
2月前
|
网络协议 物联网 虚拟化
|
20天前
|
网络协议 Unix Linux
精选2款C#/.NET开源且功能强大的网络通信框架
精选2款C#/.NET开源且功能强大的网络通信框架
|
3月前
|
数据采集 JSON API
🎓Python网络请求新手指南:requests库带你轻松玩转HTTP协议
本文介绍Python网络编程中不可或缺的HTTP协议基础,并以requests库为例,详细讲解如何执行GET与POST请求、处理响应及自定义请求头等操作。通过简洁易懂的代码示例,帮助初学者快速掌握网络爬虫与API开发所需的关键技能。无论是安装配置还是会话管理,requests库均提供了强大而直观的接口,助力读者轻松应对各类网络编程任务。
121 3
|
3月前
|
机器学习/深度学习 JSON API
HTTP协议实战演练场:Python requests库助你成为网络数据抓取大师
在数据驱动的时代,网络数据抓取对于数据分析、机器学习等至关重要。HTTP协议作为互联网通信的基石,其重要性不言而喻。Python的`requests`库凭借简洁的API和强大的功能,成为网络数据抓取的利器。本文将通过实战演练展示如何使用`requests`库进行数据抓取,包括发送GET/POST请求、处理JSON响应及添加自定义请求头等。首先,请确保已安装`requests`库,可通过`pip install requests`进行安装。接下来,我们将逐一介绍如何利用`requests`库探索网络世界,助你成为数据抓取大师。在实践过程中,务必遵守相关法律法规和网站使用条款,做到技术与道德并重。
55 2
|
3月前
|
数据采集 存储 JSON
从零到一构建网络爬虫帝国:HTTP协议+Python requests库深度解析
在网络数据的海洋中,网络爬虫遵循HTTP协议,穿梭于互联网各处,收集宝贵信息。本文将从零开始,使用Python的requests库,深入解析HTTP协议,助你构建自己的网络爬虫帝国。首先介绍HTTP协议基础,包括请求与响应结构;然后详细介绍requests库的安装与使用,演示如何发送GET和POST请求并处理响应;最后概述爬虫构建流程及挑战,帮助你逐步掌握核心技术,畅游数据海洋。
72 3
|
3月前
|
网络协议 Linux C++
超级好用的C++实用库之网络
超级好用的C++实用库之网络
51 0
|
3月前
|
Go
Golang语言之管道channel快速入门篇
这篇文章是关于Go语言中管道(channel)的快速入门教程,涵盖了管道的基本使用、有缓冲和无缓冲管道的区别、管道的关闭、遍历、协程和管道的协同工作、单向通道的使用以及select多路复用的详细案例和解释。
125 4
Golang语言之管道channel快速入门篇