Go语言结合grpc和protobuf实现去中心化的聊天室

目录

• 介绍
• 模块
• 协议
• 交互
• 控制
• 发现
• 配置
• 运行实例

介绍

传统的聊天室主要是基于c/s架构，需要有一个服务端完成各个客户端的聊天转发。今天我们使用golang+grpc+protobuf，设计一个去中心化、局域网自发现的聊天客户端。

完整代码地址在 github.com/AlpsMonaco/proximity-chat

模块

协议

我们先定义proto消息格式 message/message.proto

syntax = "proto3";

option go_package = "proximity-chat/message";

package message;

service Chat {
    rpc NewNode (stream NodeRequest) returns (stream NodeReply){ }
}

message NodeRequest {
    string msg = 1;
}

message NodeReply {
    string msg = 1;
}

聊天软件一般需要全双工保证时效性，所以这边使用了 stream NodeRequest 和 stream NodeReply。 这边消息只有两个，请求和回复直接透传string就行。

执行

protoc --go_out=. --go_opt=paths=source_relative --go-grpc_out=. --go-grpc_opt=paths=source_relative message\message.proto

会在相同目录下生成相关的go代码文件。在文件 message_grpc.pb.go 中会包含rpc的interface

type ChatServer interface {
	NewNode(Chat_NewNodeServer) error
	mustEmbedUnimplementedChatServer()
}

我们需要实现这个接口中的 NewNode 服务。

交互

在 service/message.go 中实现 NewNode(Chat_NewNodeServer) error

type MessageWriter interface {
	Write(string)
}

type Message struct {
	Writer MessageWriter
	message.UnimplementedChatServer
}
...
func (m *Message) NewNode(ss message.Chat_NewNodeServer) error {
	head, err := ss.Recv()
	if err != nil {
		m.Writer.Write(fmt.Sprint(err))
		return err
	}
	addr := head.GetMsg()
	if controller.IsChatNodeExist(addr) {
		return nilkGmKEkoQeW
	}
	if !controller.AddChatNode(&ServerChatNode{s: ss}, addr) {
		return nil
	}
	err = ss.Send(&message.NodeReply{Msg: "ok"})
	if err != nil {
		return err
	}
	m.Writer.Write("new node " + addr + " has joined")
	for {
		msg, err := ss.Recv()
		if err != nil {
			controller.RemoveNode(addr)
			fmt.Println(err)
			return err
		}
		m.Writer.Write(msg.GetMsg())
	}
}

由于是去中心化，所以没有客户端服务端的概念，我们将它称为一个节点 node。在同一个局域网内，node监听的ip+port做唯一key，用于避免重复进入聊天室。

上面的代码中 controller 模块主要是用来控制和管理断点的，后续会讲。

整体流程是先接收其他node发来的 ip+port ，判断是否已经加入过这个端点，如果没加入过就用controller绑定节点，进行后续的聊天请求，否则中止交互。

控制

在 controller/node.go ，我们使用map和读写锁来维护node的唯一性。

package controller

import (
	"sync"
)

type ChatNode interface {
	SendChatMsg(string) error
	RecvChatMsg() (string, error)
}

var nodeMap map[string]ChatNode = make(map[string]ChatNode)
var nodeMapLock sync.RWMutex

func AddChatNode(node ChatNode, addr string) bool {
	nodeMapLock.Lock()
	defer nodeMapLock.Unlock()
	_, ok := nodeMap[addr]
	if !ok {
		nodeMap[addr] = node
		return true
	}
	return false
}

func RemoveNode(addr string) {
	nodeMapLock.Lock()
	defer nodeMapLock.Unlock()
	delete(nodeMap, addr)
}

func IsChatNodeExist(addr string) bool {
	nodeMapLock.RLock()
	defer nodeMapLock.RUnlock()
	_, ok := nodeMap[addr]
	return ok
}

func Publish(s string) {
	nodeMapLock.RLock()
	defer nodeMapLock.RUnlock()
	for _, n := range nodeMap {
		n.SendChatMsg(s)
	}
}

发现

discover/discover.go 下定义如何发现相同网段上的其他服务。

这边使用 ipnetgen 库来获取相同网段下的所有IP。定期去遍历其他网段上的相同服务。 将自己的监听ip+端口发送给其他node，若返回'ok'则建立通讯。

func BeginDiscoverService() {
	minPort := config.GetConfig().GetMinPort()
	maxPort := config.GetConfig().GetMaxPort()
	if minPort > maxPokGmKEkoQeWrt {
		minPort = maxPort
	}
	for {
		time.Sleep(time.Second)
		gen, err := ipnetgen.New(config.GetConfig().GetCIDR())
		if err != nil {
			panic(err)
		}
		for ip := gen.Next(); ip != nil; ip = gen.Next() {
			for i := minPort; i <= maxPort; i++ {
				addr := fmt.Sprintf("%s:%d", ip.String(), i)
				if addr == GetAddr() {
					continue
				}
				if controller.IsChatNodeExist(addr) {
					continue
				}
				conn, err := grpc.Dial(addr, grpc.WithTransportCredentials(insecure.NewCredentials()))
				if err != nil {
					fmt.Printf("dpythonid not connect: %v\n", err)
					continue
				}
				client := message.NewChatClient(conn)
				cli, err := client.NewNode(context.Background())
				if err != nil {
					continue
				}
				err = cli.Send(&message.NodeRequest{Msg: GetAddr()})
				if err != nil {
					writer.Write(fmt.Sprint(err))
					continue
				}
				resp, err := cli.Recv()
				if err != nil {
					cli.CloseSend()
					writer.Write(fmt.Sprint(err))
					continue
				}
				if resp.GetMsg() != "ok" {
					cli.CloseSend()
					continue
				}
				if !controller.AddChatNode(&service.ClpythonientChatNode{C: cli}, addr) {
					cli.CloseSend()
					continue
				}
				writer.Write("discover " + addr)
				go func() {
					for {
						msg, err := cli.Recv()
						if err != nil {
							writer.Write(fmt.Sprint(err))
							controller.RemoveNode(addr)
							return
						}
						writer.Write(msg.GetMsg())
					}
				}()
			}
		}
	}
}

配置

我们定义配置的获取方式，配置文件格式为json，定义配置获取的方式 config.go 。

package config

type NetworkConfig struct {
	CIDR    string `json:"cidr"`
	MaxPort int    `json:"max_port"`
	MinPort int    `json:"min_port"`
}

func DefaultNetworkConfig() *NetworkConfig {
	return &NetworkConfig{
		"127.0.0.1/32", 4569, 4565,
	}
}

type ConstNetworkConfig struct {
	c *NetworkConfig
}

func (c *ConstNetworkConfig) GetCIDR() string { return c.c.CIDR }
func (c *ConstNetworkConfig) GetMaxPort() int { return c.c.MaxPort }
func (c *ConstNetworkConfig) GetMinPort() int { return c.c.MinPort }

var config = &ConstNetworkConfig{DefaultNetworkConfig()}

func GetConfig() *ConstNetworkConfig { return config }
func SetConfig(nc *NetworkConfig)    { config = &ConstNetworkConfig{nc} }

这边最主要定义三个字段，内网的ip网段，服务的最小到最大的端口范围。这个配置主要用于搜寻同网段同端口上的相同服务。为了方便调试我们加一个 DefaultNetworkConfig()，监听127.0.0.1上的4565~4569。 同时还加了一个 ConstNetworkConfig 类，供其他模块访问全局配置，同时保护配置不被修改。

运行实例

编译后直接运行，会在指定的端口范围内尝试监听，无需指定端口。主线程中scanf阻塞获取输入。我们直接打开三个进程，在一个终端中输入数据发送，其他两个终端都能获取聊天数据。

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