仓颉语言 Socket 编程

1. 网络概述

1.1 分层

• 传输层（std.net 包）：TCP（TcpSocket）、UDP（UdpSocket）、Unix Domain Socket
• 安全层（stdx.net.tls 包）：TLS 1.2/1.3 加密传输

1.2 关键规则

• 网络操作在仓颉线程级别是阻塞的，但不阻塞 OS 线程（仓颉线程让出）
• 所有 Socket 均实现 Resource，可使用 try-with-resource 自动清理资源

1.3 地址类型

• SocketAddress（抽象基类）→ IPSocketAddress（IP+端口）、UnixSocketAddress（文件路径）
• IPAddress（抽象）→ IPv4Address、IPv6Address
  • IPAddress.parse(str) / IPAddress.tryParse(str) — 解析地址
  • IPAddress.resolve(hostname) — DNS 解析
  • 常用判断：isLoopback()、isPrivate()、isMulticast()

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2. TCP 编程

2.1 服务端

• TcpServerSocket(bindAt: port) → bind() → accept()（阻塞等待连接）
• accept(timeout) — 带超时的接受连接
• 属性：backlogSize、reuseAddress、reusePort、receiveBufferSize、sendBufferSize

2.2 客户端

• TcpSocket(host, port) → connect() → read()/write()
• connect(timeout) — 带超时连接
• 超时配置：readTimeout、writeTimeout（Duration 类型）
• TCP 调优：noDelay（TCP_NODELAY）、keepAlive（SocketKeepAliveConfig）、linger

2.3 完整示例

import std.net.*
import std.sync.*

let SERVER_PORT: UInt16 = 33333
let ready = SyncCounter(1)

func runServer() {
    try (server = TcpServerSocket(bindAt: SERVER_PORT)) {
        server.bind()
        ready.dec()
        try (client = server.accept()) {
            let buf = Array<Byte>(10, repeat: 0)
            let n = client.read(buf)
            println("Server read ${n} bytes: ${buf}")
        }
    }
}

main(): Int64 {
    let fut = spawn { runServer() }
    ready.waitUntilZero()

    try (socket = TcpSocket("127.0.0.1", SERVER_PORT)) {
        socket.connect()
        socket.write([1, 2, 3])
    }
    fut.get()
    return 0
}

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3. UDP 编程

• UdpSocket(bindAt: port) → bind()
• 发送：sendTo(IPSocketAddress, data) 或连接后 send(data)
• 接收：receiveFrom(buffer) → (SocketAddress, count)，或连接后 receive(buffer)
• 可选 connect(addr) 锁定远端地址（之后可用 send/receive）
• disconnect() — 解除连接
• 限制：单包最大 64KB
• 超时：receiveTimeout、sendTimeout

import std.net.*
import std.sync.*
import std.time.*

let SERVER_PORT: UInt16 = 33333
let barrier = Barrier(2)

func runUdpServer() {
    try (server = UdpSocket(bindAt: SERVER_PORT)) {
        server.bind()
        barrier.wait()
        let buf = Array<Byte>(3, repeat: 0)
        let (addr, n) = server.receiveFrom(buf)
        println("Received ${n} bytes: ${buf}")
    }
}

main(): Int64 {
    let fut = spawn { runUdpServer() }
    barrier.wait()

    try (sock = UdpSocket(bindAt: 0)) {
        sock.sendTimeout = Duration.second * 2
        sock.bind()
        sock.sendTo(IPSocketAddress("127.0.0.1", SERVER_PORT), [1, 2, 3])
    }
    fut.get()
    return 0
}

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4. Socket 选项

4.1 通用选项

属性	说明
readTimeout / writeTimeout	读写超时（Duration 类型），超时抛 SocketTimeoutException
reuseAddress / reusePort	地址/端口复用
receiveBufferSize / sendBufferSize	收发缓冲区大小

4.2 TCP 专有

属性	说明
noDelay	禁用 Nagle 算法（降低延迟）
keepAlive	SocketKeepAliveConfig(interval, count) — TCP 保活配置
linger	SO_LINGER — 关闭时等待数据发送完毕

4.3 底层选项访问

• getSocketOptionIntNative(level, name) / setSocketOptionIntNative(level, name, value)
• OptionLevel：TCP、SOCKET 等
• SocketOptions：TCP_NODELAY、SO_KEEPALIVE、SO_REUSEADDR 等常量

import std.net.*
import std.time.*

main() {
    try (sock = TcpSocket("127.0.0.1", 80)) {
        sock.readTimeout = Duration.second
        sock.noDelay = true
        sock.linger = Duration.minute
        sock.keepAlive = SocketKeepAliveConfig(
            interval: Duration.second * 7,
            count: 15
        )
    }
}

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5. Unix Domain Socket

• 基于文件路径的进程间通信（IPC），不经过网络栈
• 路径最大 108 字节
• 不支持 Windows
• 流式：UnixServerSocket(bindAt: path) + UnixSocket(path)
• 数据报式：UnixDatagramSocket(bindAt: path)
• 使用后需手动 remove(path) 清理 socket 文件

import std.net.*
import std.sync.*
import std.fs.*

let SOCK_PATH = "/tmp/cj_demo.sock"
let barrier = Barrier(2)

func runServer() {
    try (server = UnixServerSocket(bindAt: SOCK_PATH)) {
        server.bind()
        barrier.wait()
        try (client = server.accept()) {
            client.write("hello".toArray())
        }
    }
}

main(): Int64 {
    let fut = spawn { runServer() }
    barrier.wait()
    try (sock = UnixSocket(SOCK_PATH)) {
        sock.connect()
        let buf = Array<Byte>(5, repeat: 0)
        sock.read(buf)
        println(String.fromUtf8(buf))  // "hello"
    }
    fut.get()
    remove(SOCK_PATH)
    return 0
}

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6. 异常类型

异常	说明
SocketException	通用 Socket 错误
SocketTimeoutException	Socket 操作超时

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7. 关键规则速查

1. 所有 Socket/Server 使用 try-with-resource 自动清理
2. TCP 服务端模式：TcpServerSocket → bind() → 循环 accept()
3. UDP 单包最大 64KB
4. TLS 需要先建立 TCP 连接，再在其上创建 TlsSocket 并 handshake()