使用 Ruby 進行 Socket 編程

網絡是千萬臺計算機通過 TCP/IP 通信的結果?？蛻舳苏埱髨绦心承┎僮?，服務端執行該操作并響應客戶端，這種被我們成為請求-響應模型。宏觀上來看，就是當用戶通過瀏覽器瀏覽網站時，請求發送到適當的 web 服務器，服務器通過發送適當的HTML頁面來響應客戶端。本章節主要帶大家了解一下 Ruby中如何進行 Socket 應用程序開發。

1. 端口

在學習Socket編程之前我們要了解一下概念。

端口不是物理設備，而是促進服務器和客戶端之間通信的抽象概念。

端口是由一個 2 的 16 次冪的整數表示的，所以，一臺機器最多可以有65536個端口（0~65535）。

端口一共分為三個種類：

1. 知名端口：0 ~ 1023（例如：80端口用于http，25端口用于smtp）。
2. 注冊端口：1024 ~ 49151。
3. 動態/私有端口：49152 ~ 65535。

2. IP地址

這里我們只說 IPV4，它是由 4 個 4 個字節數字組成的主機地址，比如：124.56.124.103。

127.0.0.1（localhost）代表了本地回送地址，它是一個特殊的地址，代表了本地計算機。

3. Socket

3.1 什么是 Socket

Socket 表示兩個網絡應用程序之間的單個連接。這兩個應用程序名義上可以在不同的計算機上運行，并且Socket也可以在單臺計算機上實現進程之間的通信。應用程序可以創建多個用于相互通信的Socket。Socket 是雙向的，代表連接它的任何一方都可以發送和接收數據。

3.2 Ruby中Socket類

Ruby 中擁有非常豐富的 Socket 的類型。

上面是一張出自《Programming Ruby》的圖片，介紹了 Rub y中 Socket 的類型。

如上圖所示，所有的類都繼承了 IO 類。

下面的例子中我們會使用TCPSocket來進行 Socket 的連接，使用TCPServer來創建一個TCP的服務器。

Tips：所有的Socket類都是標準庫的一部分（不是核心類的一部分），因此要使用require 'socket'才可以在程序中使用它。

下面的是服務端的代碼：

實例：

require 'socket'

server = TCPServer.new('127.0.0.1', 18000)
loop do
  Thread.start(server.accept) do |s|
    puts "#{s} is accepted."
    s.write(Time.now)
    puts "#{s} is gone."
    s.close
  end
end

解釋：

我們使用TCPServer在本地創建了一個TCP的Socket服務器server，Thread.start創建了一個新的線程（線程詳細會在多線程章節中解釋）并執行塊中的代碼指令。server.accept方法等待server上的鏈接，并返回鏈接到調用者的新TCPSocket對象s。loop do會一直迭代，直到退出循環。s.write會將時間寫入到Socket之中。s.close會關閉socket。

這個腳本需要先啟動，剛啟動時你不會看到任何輸出內容。

下面是客戶端的代碼：

實例：

require 'socket'  

stream = TCPSocket.new('127.0.0.1', 18000)

string = stream.recv( 100 )  
puts string  
stream.close  

解釋：

我們使用TCPSocket.new('127.0.0.1', 18000)打開了TCP連接。語句string = stream.recv( 100 )

定義我們從socket最多接收100個字節。然后打印從服務器端獲取到的時間，最后關閉socket。

服務端輸出內容：

#<TCPSocket:0x00007fb54497d898> is accepted.
#<TCPSocket:0x00007fb54497d898> is gone.

客戶端輸出內容：

2020-08-24 00:23:14 +0800

這是一個服務端發送，客戶端接收的例子。反過來依舊可以。

下面是服務端的代碼：

require 'socket'

server = TCPServer.new('127.0.0.1', 18000)
loop do
  Thread.start(server.accept) do |s|
    puts "#{s} is accepted."
    string = s.recv( 100 )  
    puts string
    puts "#{s} is gone."
    s.close
  end
end

下面是客戶端的代碼：

require 'socket'  

stream = TCPSocket.new('127.0.0.1', 18000)
stream.write(Time.now)

服務端輸出結果：

#<TCPSocket:0x00007fd6d714d1f0> is accepted.
2020-08-24 00:29:15 +0800
#<TCPSocket:0x00007fd6d714d1f0> is gone.

客戶端輸出結果：

# 無內容

4. 小結

本節我們討論了 Socket 編程的基本類（例如Socket類），初步了解了 IP 以及端口號，以及有助于簡化 Ruby 中 Socket 編程的類，例如TCPSocket和TCPServer，學習了使用 Socket 進行交互的例子。