我所不知道的TCP Socket编程（五）-交换数据、套接字读写操作

五：交换数据

     

已经建立了服务器和客户端的链接，现在需要让它们进行数据交换；

     

     你可以将TCP连接想象成一串连接了本地套接字和远程套接字的管子，我们可以沿着这个管子发送和接受数据；

     实际中，数据被编码为TCP/IP分组，经过多台路由器和主机，抵达终点；

     

     5.1 流：

     

     TCP具有流性质：

     TCP是一个基于流的协议，这也是创建套接字时，传入的:STREAM选项的意思；

     

     前面提到了分组，从协议层面上而言，TCP在网络上发送的就是分组；

     从代码的角度来说，TCP连接提供了一个不间断的，有序的通信流；

     

     比如，你可以在客户端发送3分数据，一次一份，在服务端一次操作（当做一份数据）就可以读取全部数据；

     

     即，流并没有消息边界（流中内容的次序还是会保留的）；

     

     5.2 套接字读操作

     

     介绍各种读取数据的方式以及各自的使用场景；

     

     5.2.1 简单的读操作

     

     从套接字读取数据的最简单方法是使用read：

     

# ./code/snippets/read.rb
require 'socket'
Socket.tcp_server_loop(4481) do | connection |
# 从连接中读取数据的最简单方法
puts connection.read
# 完成读取之后关闭连接，让客户端知道不用在等待数据返回
connection.close
end

     

     服务端开始侦听4481端口，此时可以使用netcat命令，连接本地localhost 4481端口

     

echo gekko | nc localhost 4481

     

     （没有运行Ruby程序，在终端做了简单测试，查看输出结果）（图1）

     



     Ruby中所有的IO对象（套接字、管道、文件……）都有一套通用的接口，支持read，write，flush等方法；

     底层的read(2)、write(2)等系统调用都可以作用于文件、套接字、管道等之上；这种抽象源自操作系统本身，记住，一切皆文件；

     

     5.2.2 没那么简单

     

     如果运行的是如下命令：

     

tail -f /var/log/system.log | nc -t 127.0.0.1 4481

     

     然后不管了，服务器将永远不会停止读取数据；（图2）



     

     原因是EOF（end-of-file），之后会介绍；

     

     问题在于tail -f根本就不会停止发送数据；如果tail没有数据可以发送，他会一直等到有为止；这使得netcat的管道一直处于打开状态；

     

     服务器的read调用就一直被阻塞着，直到客户端发送完数据为止；服务器等待的过程中，会将收到的数据缓冲起来，不返回给应用程序；

     

     5.2.3 读取长度

     

     作为上述问题的一个不太成熟的解决方式：指定最小的读取长度；

     这样就不用等到客户端结束发送才停止读取，而是告诉服务器读取（read）特定的数据量；     

# ./code/snippets/read.rb
require 'socket'
one_kb = 1024 # 字节数
Socket.tcp_server_loop(4481) do | connection |
# 以1kb为单位进行读取
while data = connection.read(one_kb) do
puts data
end
connection.close
end

     

     然后再运行：

tail -f /var/log/system.log | nc -t 127.0.0.1 4481

     会使服务器以1kb为单位打印数据；

     

     这个例子中给read传递了一个参数：他告诉read在读取了一定数量的数据之后就停止读取并返回；

     由于希望得到所有可用的数据，我们在调用read方法时使用了循环，直到它不再返回数据为止；

     （在《iOS平台Socket编程实践》系列文章中，演示了相关的数据传输）

     

     注：

     请注意区分一个概念，无论是服务器还是客户端（一对多的关系）都只是Socket连接的端点，由于是一对多的关系，对应的Socket链接也将是多个，虽然iOS中，CocoaAsyncSocket把他们封装成了一个类，但请注意区分；

     

     5.2.4 阻塞的本质

     

     read调用会一直阻塞，知道获取了完整的长度（full length）的数据为止；

     上面的例子有个问题，就是如果读取了若干次之后的数据不足1kb，那么read会一直阻塞；

     如此会导致死锁，可以采用的补救措施：

     1）客户端发送了500B后就再发送一个EOF；

     2）服务器采用部分读取（partial read）的方式；

          

     5.2.5 EOF事件

     

     当调用read并受到EOF时，就意味着不再有数据，可以停止读取了；（对于理解IO很重要）

     EOF代表一个状态事件，shutdown和close都会导致一个EOF事件被发送给另一端进行读操作的进程，这样他就知道不会在有数据到达了；

     

     下面是正确的数据读取代码：

     

 # ./code/snippets/read.rb
require 'socket'
one_kb = 1024 # 字节数
Socket.tcp_server_loop(4481) do | connection |
# 以1kb为单位进行读取
while data = connection.read(one_kb) do
puts data
end
connection.close
end

     

     客户端连接：

     

# ./code/snippets/read.rb
require 'socket'

client = TCPSocket.new('localhost' , 4481)
client.write('gekko')
client.close

     

     5.2.6 部分读取

     

     即readpartial；

     readpartial并不会阻塞，而是立刻返回可用数据；调用时，需要传入整数参数，指定最大长度（readpartial最多读取到指定长度）；

     指定读取1kb，但只发送500B的话，readpartial不会阻塞，而是会立刻返回已经读取到的数据；

     

     服务端：

     

# ./code/snippets/readpartial_with_length.rb
require 'socket'
one_hundred_kb = 1024 * 100
Socket.tcp_server_loop(4481) do | connection |
begin
# 每次读取100KB或更少
while data = connection.readpartial(one_hundred_kb) do
puts data
end
rescue EOFError
end

connection.close
end

     

     这样，只要有数据，readpartial就会将其返回，即便是小于最大长度；

     

     EOF而言，read仅仅是返回，readpartial则会产生一个EOFError异常，提醒我们小心；

     

     总结就是：

     read很懒惰，只会傻等，以求返回尽可能多的数据；

     readpartial更勤快，只要有数据可用就立刻返回；

     

     在学习缓冲区之后，我们会对一次性读取多少数据，小读取量多次和大读取量单次那个更好等问题做出回答；

     

     5.3 套接字写操作

     

     write方法：

     

# ./code/snippets/readpartial_with_length.rb
require 'socket'

Socket.tcp_server_loop(4481) do | connection |
# 向连接中写入数据的最简单方式
connection.write('Welcome!')
connection.close
end

     5.4 涉及到的系统调用

     

     ·Socket#read->read(2)                   //ri Socket#read -> man 2 read

     ·Socket#readpartial->read(2)            //ri Socket#readpartial -> man 2 read

     ·Socket#write->write(2)                   //ri Socket#write -> man 2 write

     总结：

        下一节将会介绍几个较高级的概念，不过到目前为止，我所不知道的Socket已经没那么多了，你的呢。