Rubyネットワークプログラミング入門！ソケットの基本とTCPサーバーの作り方

Rubyでオリジナルのネットワーククライアントやサーバーを作りたいと思ったことはありませんか？あるいは、その仕組みを理解したいだけかもしれません。

その場合、必ず「ソケット」と向き合うことになります。

この記事では、Rubyネットワークプログラミングの基礎を学び、Rubyを使って他のサーバーやクライアントと通信を始めるための方法をご紹介します。

ソケットとは何か？

ソケットとは、通信チャネルのエンドポイント（終端）のことです。クライアントとサーバーの両方が、このソケットを使って通信を行います。

その仕組みは非常にシンプルです。

接続が確立されると、ソケットにデータを書き込むことでデータが相手側へと送られます。受信側はソケットからデータを読み取り、受け取ったデータを処理します。

ソケットの種類

利用できるソケットにはいくつかの種類があります。最も一般的なのはTCPソケットで、HTTPやFTPなどTCPベースのサービスへの接続が可能です。

UDPベースのプロトコルを使う必要がある場合は、UDPソケットを使用します。

その他のソケットはやや特殊なものです。Unixドメインソケットは、Unixシステム上でTCP接続のオーバーヘッドなしにプロセス間通信（IPC）を実現できる仕組みです。

Rubyでのソケットの使い方

ソケットで何ができるのかがわかったところで、実際に使ってみましょう。

まず、ソケットライブラリをプログラムに読み込みます。

require 'socket'

TCPソケットを作成するには、TCPSocketクラスを使用します。引数には接続先のIPアドレスとポート番号を指定します。

これにより接続の確立が試みられ、接続できなかった場合はErrno::ECONNREFUSEDエラーが発生します。

socket = TCPSocket.new('google.com', 80)

これでソケットを通じてメッセージを送信できるようになります。相手側に内容を正しく理解してもらうには、通信先のプロトコルに従う必要があります。

socket.write "GET / HTTP/1.1"
socket.write "\r\n\r\n"

使用するメソッドの多くは、TCPSocketの親クラスから継承されたものです。

サーバーからのレスポンスを読み取るには、recvメソッドを使います。

引数には、ソケットから読み取りたいバイト数を指定します。

puts socket.recv(100)

ここで少し問題があります。データが返ってこず、アプリが何もしていないように見えることがあるのです。

その理由は、読み取れるデータが十分にない場合、プログラムが「ブロック」されるからです。

つまり、データが利用可能になるか、サーバーが接続を閉じるまで待機し続けるということです。

扱うプロトコルに応じて、読み取るデータ量を増減させるとよいでしょう。

ブロッキングが問題になる場合は、IOクラスのreadpartialメソッドやread_nonblockメソッドを確認してみてください。

TCPサーバーの書き方

次にサーバーを作ってみましょう！手順はクライアントの作成と似ていますが、ソケットにインターフェースをバインド（bind）させ、その上でリッスン（listen）し、最後に着信接続を受け入れる（accept）必要があります。

TCPServerクラスは、最初の2つの処理を自動的に行ってくれます。

以下はその例です。

require 'socket'

socket = TCPServer.new('0.0.0.0', 8080)
client = socket.accept

puts "New client! #{client}"

client.write("Hello from server")
client.close

このサンプルサーバーはポート8080で待ち受け、接続してきたクライアントにメッセージを送信します。

注目すべきは、受け入れられるクライアントは1つだけで、その後プログラムが終了してしまうという点です。

複数のクライアントを受け入れる

複数のクライアントを受け入れて応答するには、ループとスレッドを組み合わせる必要があります。

例：

require 'socket'

PORT   = 8081
socket = TCPServer.new('0.0.0.0', PORT)

def handle_connection(client)
  puts "New client! #{client}"

  client.write("Hello from server")
  client.close
end

puts "Listening on #{PORT}. Press CTRL+C to cancel."

loop do
  client = socket.accept

  Thread.new { handle_connection(client) }
end

これで、停止するまで待ち受けを続けるサーバーが起動します。

さらにレベルアップして、Rubyで本格的なWebサーバーを書く方法を学びたい方は、関連のブログ記事をぜひ参照してください。

まとめ

この記事では、TCPソケットとは何か、その仕組み、そしてTCPServerやTCPSocketといったRubyのクラスを使って、インターネット上の他のマシンと通信できるアプリケーションを作る方法を学びました。

Rubyのネットワークプログラミングで遊ぶのはとても楽しいものです！

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