Программирование на языке Ruby - [201]

Класс Net::Protocol, являющийся родительским для классов HTTP, POP3 и SMTP полезен скорее для разработки новых сетевых протоколов, но эта тема в данной книге не обсуждается.

На этом завершим краткий обзор и приступим к рассмотрению низкоуровневого сетевого программирования.

18.1. Сетевые серверы

Жизнь сервера проходит в ожидании входных сообщений и ответах на них.

Не исключено, что для формирования ответа требуется серьезная обработка, например обращение к базе данных, но с точки зрения сетевого взаимодействия сервер просто принимает запросы и отправляет ответы.

Но даже это можно организовать разными способами. Сервер может в каждый момент времени обслуживать только один запрос или иметь несколько потоков. Первый подход проще реализовать, зато у второго есть преимущества, когда много клиентов одновременно обращается с запросами.

Можно представить себе сервер, единственное назначение которого состоит в том, чтобы облегчить общение между клиентами. Классические примеры — чат-серверы, игровые серверы и файлообменные сети.

18.1.1. Простой сервер: время дня

Рассмотрим самый простой сервер, который вы только способны представить. Пусть некоторая машина располагает такими точными часами, что ее можно использовать в качестве стандарта времени. Такие серверы, конечно, существуют, но взаимодействуют не по тому тривиальному протоколу, который мы обсудим ниже. (В разделе 18.2.2 приведен пример обращения к подобному серверу по протоколу telnet.)

В нашем примере все запросы обслуживаются в порядке поступления однопоточным сервером. Когда приходит запрос от клиента, мы возвращаем строку, содержащую текущее время. Ниже приведен код сервера:

require "socket"

PORT = 12321

HOST = ARGV[0] || 'localhost'

server = UDPSocket.open # Применяется протокол UDP...
server.bind nil, PORT

loop do
 text, sender = server.recvfrom(1)
 server.send(Time.new.to_s + "\n", 0, sender[3], sender[1])
end

А это код клиента:

require "socket"
require "timeout"

PORT = 12321

HOST = ARGV[0] || 'localhost'

socket = UDPSocket.new
socket.connect(HOST, PORT)

socket.send("", 0)
timeout(10) do
 time = socket.gets
 puts time
end

Чтобы сделать запрос, клиент посылает пустой пакет. Поскольку протокол UDP ненадежен, то, не получив ответа в течение некоторого времени, мы завершаем работу по тайм-ауту.

В следующем примере такой же сервер реализован на базе протокола TCP. Он прослушивает порт 12321; запросы к этому порту можно посылать с помощью программы telnet (или клиента, код которого приведен ниже).

require "socket"

PORT = 12321

server = TCPServer.new(PORT)
while (session = server.accept)
 session.puts Time.new
 session.close
end

Обратите внимание, как просто использовать класс TCPServer. Вот TCP-версия клиента:

require "socket"

PORT = 12321
HOST = ARGV[0] || "localhost"

session = TCPSocket.new(HOST, PORT)
time = session.gets
session.close
puts time

18.1.2. Реализация многопоточного сервера

Некоторые серверы должны обслуживать очень интенсивный поток запросов. В таком случае эффективнее обрабатывать каждый запрос в отдельном потоке.

Ниже показана реализация сервера текущего времени, с которым мы познакомились в предыдущем разделе. Он работает по протоколу TCP и создает новый поток для каждого запроса.

require "socket"

PORT = 12321

server = TCPServer.new(PORT)

while (session = server.accept)
 Thread.new(session) do |my_session|
  my_session.puts Time.new
  my_session.close
 end
end

Многопоточность позволяет достичь высокого параллелизма. Вызывать метод join не нужно, поскольку сервер исполняет бесконечный цикл, пока его не остановят вручную.

Код клиента, конечно, остался тем же самым. С точки зрения клиента, поведение сервера не изменилось (разве что он стал более надежным).

18.1.3. Пример: сервер для игры в шахматы по сети

Не всегда нашей конечной целью является взаимодействие с самим сервером. Иногда сервер — всего лишь средство для соединения клиентов друг с другом. В качестве примера можно привести файлообменные сети, столь популярные в 2001 году. Другой пример — серверы для мгновенной передачи сообщений, например ICQ, и разного рода игровые серверы.

Давайте напишем скелет шахматного сервера. Мы не имеем в виду программу, которая будет играть в шахматы с клиентом. Нет, наша задача — связать клиентов так, чтобы они могли затем играть без вмешательства сервера.

Предупреждаю, что ради простоты показанная ниже программа ничего не знает о шахматах. Логика игры просто заглушена, чтобы можно было сосредоточиться на сетевых аспектах.

Для установления соединения между клиентом и сервером будем использовать протокол TCP. Можно было бы остановиться и на UDP, но этот протокол ненадежен, и нам пришлось бы использовать тайм-ауты, как в одном из примеров выше.

Клиент может передать два поля: свое имя и имя желательного противника. Для идентификации противника условимся записывать его имя в виде user:hostname; мы употребили двоеточие вместо напрашивающегося знака @, чтобы не вызывать ассоциаций с электронным адресом, каковым эта строка не является.

Когда от клиента приходит запрос, сервер сохраняет сведения о клиенте у себя в списке. Если поступили запросы от обоих клиентов, сервер посылает каждому из них сообщение; теперь у каждого клиента достаточно информации для установления связи с противником.