Сеть и потоковая передача

Для всех потоков в Julia доступны как минимум методы read и write, которые принимают название потока в качестве первого аргумента, например:

Обратите внимание, что команда write возвращает 11 — число байтов (во фразе "Hello World"), выводимых в поток stdout, однако возврат этого значения подавляется с помощью ;.

После этого вновь нажимается клавиша Enter, чтобы среда Julia считала переход на новую строку. Как видно из примера, write принимает в качестве второго аргумента записываемые данные, а read — тип считываемых данных.

Например, для считывания простого байтового массива можно сделать следующее.

Однако это довольно громоздкая реализация, поэтому есть несколько более удобных методов. Например, процедуру выше можно записать следующим образом.

Если же мы хотим считать строку целиком, нужно следующее.

Учтите, что в зависимости от настроек терминала у вас может осуществляться буферизация строк в TTY, поэтому может потребоваться еще раз нажать Enter, чтобы отправить данные в Julia.

Для чтения каждой строки из stdin можно использовать eachline.

А для чтения отдельных символов можно использовать read.

Обратите внимание, что вышеуказанный метод write работает с потоками двоичных данных. В частности, значения не преобразуются в какое-либо каноническое текстовое представление, а выводятся как есть.

Здесь функция write выводит a в потоке stdout, а ее возвращаемым значением является 1 (так как размер 0x61 — один байт).

Для текстового ввода-вывода используйте в зависимости от необходимости метод print или show (подробное описание разницы между ними см. в их документации).

Дополнительные сведения о реализации методов отображения для пользовательских типов см. в разделе Настраиваемая структурная распечатка программного кода.

Иногда для вывода бывает полезно передавать методам отображения контекстные данные. В качестве платформы для связи произвольных метаданных с объектом ввода-вывода используют объект IOContext. Например, :compact => true добавляет в объект ввода-вывода параметр с подсказкой о том, что вызываемый метод отображения должен выводить сокращенные данные (если применимо). В документации по IOContext приведен список часто используемых свойств.

Как и во многих других средах, в Julia есть функция open, принимающая имя файла и возвращающая объект IOStream, который можно использовать для чтения и записи данных в файле. Допустим, у нас есть файл hello.txt, содержащий строку Hello, World!.

Чтобы записать что-то в файл, вы можете открыть его с флагом записи ("w").

Если на этом этапе посмотреть, что содержится в hello.txt, вы увидите, что файл пуст, потому что на диск еще ничего не записывалось. Чтобы записанные данные сохранились на диске, необходимо закрыть IOStream.

Если вы вновь просмотрите hello.txt, вы увидите, что его содержимое изменилось.

Открытие файла, взаимодействие с его содержимым, а затем закрытие — очень частый шаблон работы. Для его упрощения существует другой вариант вызова open, который принимает два аргумента: функцию и имя файла. Он открывает файл, вызывает функцию с файлом в качестве аргумента, а затем файл вновь закрывается. Например, если имеется такая функция:

Вы можете сделать следующий вызов.

Будет открыт файл hello.txt, для него будет вызвана read_and_capitalize, а затем hello.txt будет закрыт и будет возвращено его содержимое, написанное заглавными буквами.

Вы можете даже не определять именованную функцию, а использовать синтаксис do, который создает анонимную функцию во время выполнения.

Перейдем сразу же к простому примеру работы с TCP-сокетами. Данный функционал входит в пакет Sockets из стандартной библиотеки. Сначала создадим простой сервер.

Названия методов будут знакомы тем, кто работал с API сокетов Unix, хотя использование этих методов несколько проще. Первый вызов listen создает сервер, ожидающий входящих подключений на указанном в данном случае порте (2000). Эту же функцию можно использовать для создания других различных видов серверов.

Учтите, что последний вызов имеет другой тип возвращаемого значения. Это связано с тем, что сервер осуществляет прослушивание не по протоколу TCP, а по именованному каналу (Windows) или сокету домена UNIX. Также примите во внимание, что именованный канал Windows имеет особый формат, в котором префикс имени (\\.\pipe\) содержит уникальный идентификатор типа файла. Отличие TCP от именованных каналов и сокетов домена UNIX является неочевидным и связано с методами accept и connect. Метод accept получает подключение к клиенту с созданного сервера, тогда как функция connect подключается к серверу с применением указанного метода. Функция connect принимает те же аргументы, что и listen, поэтому если среда (т. е. узел, cwd и т. д.) такая же, то вы можете передать connect те же аргументы, что и для прослушивания, чтобы установить подключение. Попробуем сделать это (после создания сервера выше).

Как и ожидалось, выводится «Hello World». Давайте проанализируем, что происходит за кулисами. При вызове connect мы подключаемся к только что созданному серверу. Функция accept возвращает подключение к только что созданному сокету со стороны сервера и выводит «Hello World», показывая, что подключение установлено.

Важным преимуществом Julia является то, что API предоставляется в синхронном режиме, хотя ввод и вывод на самом деле происходят асинхронно, поэтому нам не нужно беспокоиться об обратных вызовах и даже проверять запуск сервера. При вызове connect текущая задача дожидается установки подключения и лишь после этого продолжает выполнение. Во время этой приостановки возобновляется выполнение задачи сервера (поскольку теперь доступен запрос на подключение). Она принимает подключение, выводит сообщение и ожидает следующего клиента. Чтение и запись работают аналогичным образом. Рассмотрим это на примере простого эхосервера.

Как и для других потоков, используйте close, чтобы отключить сокет.

Одним из методов connect, который не следует за методами listen, является connect(host::String,port), который пытается подключиться к узлу, задаваемому параметром host, на порте, задаваемом параметром port. Он позволяет делать вещи наподобие следующих.

В основе этого функционала лежит метод getaddrinfo, осуществляющий необходимое разрешение адресов.

Все операции ввода-вывода, доступные через Base.read и Base.write, можно выполнять асинхронно, используя сопрограммы. Вы можете создать сопрограмму для считывания или записи данных в потоке с применением макроса @async.

Нередко возникают ситуации, когда необходимо выполнять множество асинхронных операций одновременно и дожидаться, пока все они завершатся. Чтобы заблокировать программу до выхода из всех обернутых в ней сопрограмм, можно использовать макрос @sync.

В Julia поддерживается мультивещание IPv4 и IPv6 с использованием транспортного протокола UDP.

В отличие от протокола TCP UDP не делает практически никаких предположений о потребностях приложения. Протокол TCP обеспечивает управление потоком (ускорение и замедление передачи для получения максимальной пропускной способности), надежность (автоматическую повторную передачу потерянных или поврежденных пакетов), последовательность (упорядочение пакетов операционной системой перед отправкой их приложению), задание размера сегментов, а также настройку и разъединение сеанса. В протоколе UDP нет таких функций.

Протокол UDP обычно используется в приложениях с мультивещанием. TCP — это протокол с отслеживанием состояния для связи строго между двумя устройствами. В UDP можно использовать особые адреса многоадресной рассылки для одновременного взаимодействия между множеством устройств.