Ruby Socket 编程

在 Ruby 中，Socket 编程 是用于实现网络通信的底层机制，允许程序通过 TCP、UDP 或其他协议在客户端和服务器之间交换数据。Ruby 提供了内置的 socket 库，功能强大且灵活，适合开发网络应用程序，如简单的聊天服务器、文件传输工具等。以下是对 Ruby Socket 编程的中文讲解，涵盖核心概念、TCP/UDP 通信、客户端与服务器实现、示例代码及注意事项，力求简洁清晰。

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1. Socket 简介

Socket 是网络通信的端点，允许进程通过网络发送和接收数据。Ruby 的 socket 库提供了类（如 TCPSocket, TCPServer, UDPSocket）来实现 TCP 和 UDP 通信。

主要功能：

• TCP：面向连接的可靠通信，适合需要数据完整性的场景（如 HTTP、聊天）。
• UDP：无连接的快速通信，适合低延迟但允许丢包的场景（如流媒体）。
• 用途：构建客户端-服务器应用、实时通信或自定义协议。

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2. 安装与准备

socket 库是 Ruby 标准库的一部分，无需额外安装。直接引入：

require 'socket'

先决条件：

• 了解基本的网络概念（如 IP、端口、TCP/UDP）。
• 确保防火墙允许指定端口通信。

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3. TCP Socket 编程

TCP 提供可靠的、面向连接的通信，分为客户端（TCPSocket）和服务器（TCPServer）。

TCP 服务器

TCPServer 用于监听客户端连接，接受请求并响应。

require 'socket'

server = TCPServer.new('localhost', 2000)  # 监听 localhost:2000
puts "服务器启动，监听端口 2000..."

loop do
  client = server.accept  # 接受客户端连接
  request = client.gets   # 读取客户端请求
  puts "收到请求: #{request}"
  client.puts "你好，客户端！收到你的消息：#{request}"  # 响应
  client.close            # 关闭连接
end

说明：

• TCPServer.new(host, port)：创建服务器，绑定主机和端口。
• accept：等待客户端连接，返回 TCPSocket 对象。
• gets 和 puts：读写数据。
• 使用 loop 持续接受连接。

TCP 客户端

TCPSocket 用于连接服务器并发送/接收数据。

require 'socket'

client = TCPSocket.new('localhost', 2000)  # 连接服务器
client.puts "Hello, Server!"               # 发送消息
response = client.gets                     # 接收响应
puts "服务器响应: #{response}"
client.close                               # 关闭连接

运行：

1. 先运行服务器脚本。
2. 再运行客户端脚本。
3. 输出（客户端）：

   服务器响应: 你好，客户端！收到你的消息：Hello, Server!

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4. UDP Socket 编程

UDP 是无连接的协议，适合快速但不可靠的通信，使用 UDPSocket。

UDP 服务器

require 'socket'

udp = UDPSocket.new
udp.bind('localhost', 2000)  # 绑定端口
puts "UDP 服务器启动，监听端口 2000..."

loop do
  data, client_info = udp.recvfrom(1024)  # 接收数据
  puts "收到来自 #{client_info[3]}:#{client_info[1]} 的消息: #{data}"
  udp.send("收到你的消息: #{data}", 0, client_info[3], client_info[1])  # 响应
end

说明：

• bind(host, port)：绑定主机和端口。
• recvfrom(maxlen)：接收数据，返回数据和客户端信息（IP、端口等）。
• send(data, flags, host, port)：发送响应。

UDP 客户端

require 'socket'

udp = UDPSocket.new
udp.send("Hello, UDP Server!", 0, 'localhost', 2000)  # 发送消息
data, _ = udp.recvfrom(1024)                         # 接收响应
puts "服务器响应: #{data}"
udp.close

输出（客户端）：

服务器响应: 收到你的消息: Hello, UDP Server!

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5. 多客户端 TCP 服务器

使用线程处理多个客户端连接。

require 'socket'

server = TCPServer.new('localhost', 2000)
puts "多客户端服务器启动，监听端口 2000..."

loop do
  Thread.start(server.accept) do |client|  # 为每个客户端启动线程
    begin
      puts "新客户端连接: #{client.peeraddr[3]}"
      while line = client.gets
        puts "收到: #{line}"
        client.puts "回显: #{line}"
      end
    rescue => e
      puts "客户端错误: #{e.message}"
    ensure
      client.close
      puts "客户端断开: #{client.peeraddr[3]}"
    end
  end
end

说明：

• Thread.start：为每个客户端创建独立线程。
• peeraddr：获取客户端信息（如 IP 地址）。
• 使用 rescue 和 ensure 处理错误和关闭连接。

测试客户端：

require 'socket'

client = TCPSocket.new('localhost', 2000)
client.puts "Test message"
puts client.gets  # 输出: 回显: Test message
client.close

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6. 异常处理

Socket 编程需处理网络相关异常。

require 'socket'

begin
  client = TCPSocket.new('localhost', 9999)  # 连接不存在的服务器
rescue Errno::ECONNREFUSED
  puts "连接被拒绝，服务器未运行"
rescue Errno::EADDRINUSE
  puts "端口已被占用"
rescue => e
  puts "其他错误: #{e.message}"
ensure
  client.close if client
end

常见异常：

• Errno::ECONNREFUSED：服务器未运行。
• Errno::EADDRINUSE：端口被占用。
• Errno::ECONNRESET：连接被重置。

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7. 注意事项

• 端口选择：避免使用保留端口（如 80、443），建议使用高位端口（如 2000）。
• 防火墙：确保服务器和客户端的防火墙允许指定端口通信。
• 性能：
• TCP 服务器使用线程或事件驱动（如 EventMachine）处理多客户端。
• UDP 适合高吞吐量但不要求可靠性的场景。
• 安全性：
• 验证客户端输入，防止缓冲区溢出或注入攻击。
• 使用 SSL/TLS（openssl 库）加密通信：
  ruby require 'socket' require 'openssl' ssl_context = OpenSSL::SSL::SSLContext.new server = TCPServer.new('localhost', 2000) ssl_server = OpenSSL::SSL::SSLServer.new(server, ssl_context)
• 调试：使用 puts 或日志记录网络事件，检查 errno 获取错误详情。
• 现代替代：复杂网络应用推荐使用 EventMachine 或 Web 框架（如 Rails、Sinatra）。

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8. 综合示例：简单聊天服务器

以下是一个简单的 TCP 聊天服务器，支持多个客户端广播消息。

# server.rb
require 'socket'

server = TCPServer.new('localhost', 2000)
clients = []

puts "聊天服务器启动，监听端口 2000..."

loop do
  Thread.start(server.accept) do |client|
    begin
      clients << client
      puts "新客户端: #{client.peeraddr[3]}"

      while message = client.gets&.chomp
        puts "收到消息: #{message}"
        clients.each do |c|
          c.puts "[#{client.peeraddr[3]}] #{message}" rescue nil
        end
      end
    rescue => e
      puts "客户端错误: #{e.message}"
    ensure
      clients.delete(client)
      client.close
      puts "客户端断开: #{client.peeraddr[3]}"
    end
  end
end

# client.rb
require 'socket'

print "请输入昵称: "
nickname = gets.chomp
client = TCPSocket.new('localhost', 2000)

# 接收消息线程
Thread.new do
  begin
    while message = client.gets
      puts message
    end
  rescue
    puts "服务器断开"
  end
end

# 发送消息
loop do
  message = gets.chomp
  break if message == 'exit'
  client.puts "#{nickname}: #{message}"
end

client.close

运行：

1. 运行 ruby server.rb。
2. 运行多个 ruby client.rb 实例。
3. 输入昵称和消息，消息会广播给所有客户端。

输出（示例）：

• 客户端 1：

  请输入昵称: Alice
  [Bob] Hi, Alice!

• 客户端 2：

  请输入昵称: Bob
  [Alice] Hello, Bob!

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9. 总结

Ruby 的 socket 库通过 TCPSocket, TCPServer, 和 UDPSocket 提供灵活的网络通信支持。TCP 适合可靠通信，UDP 适合快速传输。多客户端服务器可通过线程或事件驱动实现。注意端口管理、安全性（SSL/TLS）和异常处理。复杂网络应用可考虑 EventMachine 或 Web 框架以简化开发。

如果你需要更复杂的 Socket 示例（如异步处理、SSL 加密）或有其他问题，请告诉我！