เขียนโปรแกรมเครือข่ายด้วยซ็อกเก็ต (Socket) ตอนที่ 3: TCP Server ด้วยภาษาจาวา (Java)

หลังจากเกริ่นนำมาแล้วสองตอน (ตอนที่ 1 และ ตอนที่ 2) และก็ทิ้งช่วงเสียนานเชียวก็ขอกลับมาเขียนต่อตอนที่สามนะครับ ในตอนนี้เราจะมาเริ่มเขียนโปรแกรมกันแล้ว โดยจะเขียนโปรแกรมในฝั่งเซิร์ฟเวอร์กันก่อน อย่างที่ทราบจากตอนที่ผ่านมาว่าโปรแกรมที่จะสื่อสารกันได้จะต้องสร้างซ็อกเก็ต (Socket) ก่อน ในฝั่งของเซิร์ฟเวอร์นั้นจะต้องสร้างซ็อกเก็ตสองตัว ตัวแรกจะขอเรียกว่าเซิฟร์เวอร์ซ็อกเก็ต (Server Socket) ซึ่งมีหน้าที่รอรับการติดต่อจากไคลเอนต์ ส่วนตัวที่สองจะขอเรียกว่าซ็อกเก็ตเชื่อมต่อ ( Connection Socket) ซึ่งจะใช้ในการแลกเปลี่ยนข้อมูลกับไคลเอนต์ ที่ต้องมีซ็อกเก็ตสองตัวก็เพื่อที่จะเตรียมการให้เซิร์ฟเวอร์สามารถรองรับไคลเอนต์ได้หลาย ๆ ตัว พร้อม ๆ กัน (แต่ต้องเขียนโปรแกรมเพิ่มเติมซึ่งจะกล่าวถึงในตอนต่อ ๆ ไปครับ)

สำหรับแนวคิดของการอ่านและเขียนข้อมูลกับซ็อกเก็ตนั้นจะใช้แนวคิดของสตรีม (Stream) ซึ่งก็คือแนวคิดที่จาวา (Java) ใช้ในการรับส่งข้อมูลระหว่างโปรแกรมที่เขียนด้วยภาษาจาวา กับอุปกรณ์รอบข้าง หรือกับไฟล์ ตัวอย่างเช่น เวลาจะพิมพ์ข้อมูลออกมาทางจอภาพเราจะใช้คำสั่ง System.out.println("string"); ประโยคนี้ out คือสตรีมผลลัพธ์ (output stream) ซึ่งอ้างถึงตัวแสดงผลลัพธ์มาตรฐาน ซึ่งก็คือจอภาพนั่นเอง การเขียนโปรแกรมซ็อกเก็ตของภาษาจาวา (Java) ก็จะใช้แนวคิดนี้ เพียงแต่สตรีมที่เราสร้างขึ้น จะเชื่อมโยงกับซ็อกเก็ตแทนที่จะเป็นอุปกรณ์หรือไฟล์

คลาสในภาษาจาวาที่ใช้สร้างเซิฟร์เวอร์ซ็อกเก็ตก็คือ ServerSocket ส่วนคลาสที่ใช้ในการสร้างซ็อกเก็ตเชื่อมต่อก็คือ ConnectionSocket นั่นเอง เอาล่ะครับเพื่อให้เข้าใจการทำงานมาดูตัวอย่างกันดีกว่า สำหรับโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์ที่จะเขียนขึ้นมาก็คือเซิร์ฟเวอร์ที่ใช้ในการแปลงข้อความภาษาอังกฤษที่รับเข้ามาจากไคลเอนต์ ให้เป็นตัวอักษรตัวใหญ่ทั้งหมดแล้วส่งกลับไปให้ไคลเอนต์ สำหรับโค้คภาษาจาวา ของโปรแกรมแสดงได้ดังนี้ครับ

1. import java.io.*; 
2. import java.net.*; 
3. import java.util.*;
4. class TCPServer { 
5.    public static void main(String argv[])  { 
6.       String clientSentence; 
7.       String capitalizedSentence; 
8.       ServerSocket welcomeSocket = null;
9.       Socket connectionSocket = null;
10.       Scanner inFromClient = null;
11.    DataOutputStream outToClient = null;
12.       try {
13.          welcomeSocket = new ServerSocket(6789);
14.       }
15.       catch (IOException e) {
16.          System.out.println("Cannot create a welcome socket");
17.          System.exit(1);
18.       }
19.       while(true) {
20.          try {
21.             System.out.println("The server is waiting ");
22.              connectionSocket = welcomeSocket.accept(); 
23.              inFromClient = new Scanner(connectionSocket.getInputStream());
24.              outToClient = 
25.               new DataOutputStream(connectionSocket.getOutputStream()); 
26.              clientSentence = inFromClient.nextLine(); 
27.             capitalizedSentence = clientSentence.toUpperCase() + '\n'; 
28.             outToClient.writeBytes(capitalizedSentence);
29.          }
30.          catch (IOException e) {
31.             System.out.println("Error cannot create this connection");
32.          }
33.          finally {
34.             try {
35.                if (inFromClient != null)
36.                   inFromClient.close();
37.                if (outToClient != null)
38.                   outToClient.close();
39.                if (connectionSocket != null)
40.                   connectionSocket.close();
41.             }
42.             catch (IOException e) {
43.                e.printStackTrace();
44.             }
45.          }
46.       }
47.    } 
48. } 

สำหรับโปรแกรมนี้ก็มีส่วนที่จะอธิบายดังนี้ครับ บรรทัดที่ 13 เป็นการสร้างเซิร์ฟเวอร์ซ็อกเก็ตโดยใช้หมายเลขพอร์ต 6789 ในการรอรับการติดต่อกับไคลเอนต์  บรรทัดที่ 22 จะเห็นว่ามีการเรียกใช้เมท็อด accept() เมท็อดนี้จะมีผลทำให้โปรแกรมเซิร์ฟเวอร์หยุดรอรับการติดต่อจากไคลเอนต์ เมื่อไคลเอนต์ติดต่อเข้ามาก็จะสร้างซ็อกเก็ตเชื่อมต่อเพื่อใช้ในการแลกเปลี่ยนข้อมูล บรรทัดที่ 23 สร้างสตรีมข้อมูลเข้า (input stream) เพื่ออ่านข้อมูลจากซ็อกเก็ต บรรทัดที่ 24-25 สร้างสตรีมผลลัพธ์ (output stream) เพื่อเขียนข้อมูลลงซ็อกเก็ต บรรทัดที่ 26 หยุดเพื่อรออ่านข้อมูลที่ไคลเอนต์จะส่งผ่านซ็อกเก็ตมา บรรทัดที่ 27 แปลงสตริงที่รับมาให้เป็นตัวอักษรตัวใหญ่ และบรรทัดที่ 28 เขียนข้อมูลผ่านซ็อกเก็ตกลับไปให้ไคลเอนต์ ใน finally clause จะปิด stream ที่สร้างขึ้นมาทั้งหมด และซ็อกเก็ตเชื่อมต่อตัวนี้ เนื่องจากในตัวอย่างนี้เซิฟร์เวอร์จะแปลงสตริงที่ไคลเอนต์ส่งเข้ามา ส่งสตริงที่แปลงกลับไป และตัดการเชื่อมต่อกับไคลเอนต์ทันที  และข้อสังเกตที่น่าสนใจก็คือจะเห็นว่าเราให้โปรแกรมนี้ทำงานอยู่ในลูปไม่รู้จบ ซึ่งเป็นธรรมชาติของโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์ที่จะทำงานไปเรื่อย ๆ

โปรแกรมเซิร์ฟเวอร์ตัวนี้ให้บริการไคลเอนต์ครั้งละหนึ่งตัว เมื่อให้บริการไคลเอนต์ตัวหนึ่งเสร็จจึงจะไปให้บริการไคลเอนต์ตัวอื่นที่ติดต่อเข้ามาได้ ลักษณะของโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์แบบนี้เราจะเรียกว่า iterative server ซึ่งก็คือเซิร์ฟเวอร์ที่ให้บริการไคลเอนต์ได้ครั้งละหนึ่งตัว ถ้ามีไคลเอนต์ตัวอื่นติดต่อเข้ามาขณะที่เซิร์ฟเวอร์กำลังให้บริการไคลเอนต์ตัวอื่นอยู่ ไคลเอนต์ที่ติดต่อเข้ามาก็จะถูกเข้าคิวไว้ เมื่อเซิร์ฟเวอร์ให้บริการไคลเอนต์ตัวนี้เสร็จก็จะกลับไปให้บริการไคลเอนต์ในคิว สำหรับเซิร์เวอร์ที่ให้บริการไคลเอนต์ได้ทีละหลายตัวพร้อมกันที่เรียกว่า concurrent server นั้น ทำได้โดยใช้เธรด (thread) ซึ่งจะกล่าวถึงในตอนต่อ ๆ ไป

สำหรับโปรแกรมต้นฉบับ (source code) สามารถโหลดได้จากลิงก์นี้ครับ  ซึ่งจะได้โปรแกรมทั้งฝั่งเซิร์ฟเวอร์และไคลเอนต์เลย แต่บล็อกเกี่ยวกับไคลเอนต์โปรแกรมจะอยู่ในตอนหน้านะครับ

เมื่อรันโปรแกรมนี้ โปรแกรมจะแสดงสถานะว่าโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์กำลังทำงานอยู่ ซึ่งในโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์จริง ๆ ไม่จำเป็นต้องมีการทำงานส่วนนี้นะครับ