Better Call Go come scrivere Server e Client TCP in Go e C - pt.2

signora: Ed io che pensavo che tutti gli avvocati fossero idioti!
Jimmy McGill (Saul Goodman): Solo la metà sono idioti, l'altra sono truffatori.

Dove eravamo rimasti? Ah, si, nell'ultimo articolo vi avevo proposto un confronto tra un Server TCP scritto in C (il nostro amato C) e uno scritto in Go (la nostra ultima fiamma). L'ispirazione proveniva dalla "vulcanicità" di Jimmy"Saul"McGill, l'avvocato "multi-piattaforma" delle (oramai) mitiche serie Breaking Bad e Better Call Saul: Saul ci insegna che non bisogna fossilizzarci sulle nostre abitudini, che dobbiamo esplorare nuovo orizzonti e avere sempre nuove ispirazioni, che bisogna essere dei "vulcani di idee". E quindi: il C è un grande e insostituibile linguaggio, ma se in alcuni campi il Go ci permette di scrivere più rapidamente e altrettanto bene la stessa applicazione perché non usarlo? Io poi lo trovo divertente e leggero, mi sento veramente a mio agio e senza preoccupazioni e restrizioni quando lo uso.

(...esattamente il contrario, ma proprio il contrario, di quando sono costretto a mettere le mani su codice che è stato scritto da qualche fanatico della programmazione generica in C++... ebbene si, in quel caso riesco a lanciare molte maledizioni con grande ritmo e fluidità. Ma questa è un'altra storia...).

...e allora ti spiego: questo è un Server e quello è un Client...

Veniamo al dunque: i due Server TCP li abbiamo già visti. Ci mancano i Client TCP, e cominciamo anche stavolta con l'esempio in C, che anche in questo caso è, praticamente , identico a quello che avevo descritto in un vecchio articolo: vai col codice!

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#define MYBUFSIZE 1024
int main(int argc, char *argv[])
{
    // test argomenti
    if (argc != 3) {
        // errore di chiamata
        printf("%s: numero argomenti errato\n", argv[0]);
        printf("uso: %s host port [e.g.: %s 127.0.0.1 9999]\n", argv[0], argv[0]);
        return EXIT_FAILURE;
    }
    // creo il socket in modo internet/TCP
    int cli_sock;
    if ((cli_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) == -1) {
        // errore socket()
        printf("%s: non posso creare il socket (%s)\n", argv[0], strerror(errno));
        return EXIT_FAILURE;
    }
    // preparo la struttura sockaddr_in per il server remoto
    struct sockaddr_in server;
    memset(&server, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
    server.sin_family = AF_INET;                    // set famiglia di indirizzi
    server.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);    // set indirizzo del server
    server.sin_port = htons(atoi(argv[2]));         // set port del server
    // mi connetto al server remoto
    if (connect(cli_sock, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) == -1) {
        // errore connect()
        printf("%s: errore connect (%s)\n", argv[0], strerror(errno));
        close(cli_sock);
        return EXIT_FAILURE;
    }
    // loop di comunicazione col server remoto
    for (;;) {
        // compongo un messaggio per il server remoto
        char my_msg[MYBUFSIZE];
        printf("Scrivi un messaggio per il Server remoto: ");
        scanf("%s", my_msg);
        // invio il messaggio al server remoto
        if (send(cli_sock, my_msg, strlen(my_msg), 0) == -1) {
            // errore send()
            printf("%s: errore send (%s)\n", argv[0], strerror(errno));
            close(cli_sock);
            return EXIT_FAILURE;
        }
        // ricevo una risposta dal server remoto
        memset(my_msg, 0, MYBUFSIZE);
        if (recv(cli_sock, my_msg, MYBUFSIZE, 0) == -1) {
            // errore recv()
            printf("%s: errore recv (%s)\n", argv[0], strerror(errno));
            close(cli_sock);
            return EXIT_FAILURE;
        }
        // mostro la risposta
        printf("%s: il server risponde: %s\n", argv[0], my_msg);
    }
    // esco con Ok
    return EXIT_SUCCESS;
}

E, come sempre, il codice è esageratamente commentato e decisamente auto-esplicativo, per cui non mi dilungherò sulle singole istruzioni e/o gruppi di istruzioni (leggete i commenti! sono li per quello!), ma aggiungerò solo una descrizione del flusso che è quello classico ed elementare di un Client TCP:

1. creo il socket in modo internet/TCP
2. preparo la struttura sockaddr_in per il server remoto
3. mi connetto al server remoto
4. loop di comunicazione col server remoto
   - compongo un messaggio per il server remoto
   - invio il messaggio al server remoto
   - ricevo e mostro la risposta del server remoto

ovviamente esistono varianti di questa struttura, ma questa è quella classica. Come avrete notato nel loop di comunicazione c’è l'attesa del messaggio di risposta, e questo ci aiuta, durante l'esecuzione, a osservare il corretto funzionamento della coppia Client/Server che metteremo in prova.

Anche in questo caso (come per il Server) il codice è compatto e ben leggibile, ed è, quindi, facilissimo da manutenere. Ma... e la versione in Go? Vediamola!

package main
import (
    "bufio"
    "fmt"
    "net"
    "os"
)
func main() {
    // test argomenti
    if len(os.Args) != 3 {
        // errore di chiamata
        fmt.Printf("%s: numero argomenti errato\n", os.Args[0])
        fmt.Printf("uso: %s host port [e.g.: %s 127.0.0.1 9999]\n", os.Args[0], os.Args[0])
        return
    }
    // mi connetto al server remoto
    addr := os.Args[1] + ":" + os.Args[2] // set indirizzo (i.e.: "host:port")
    conn, err := net.Dial("tcp", addr)    // set dial con network di tipo TCP
    if err != nil {
        // errore di connessione
        fmt.Println(err)
        return
    }
    // loop di comunicazione col server remoto
    connrdr := bufio.NewReader(conn)      // reader sulla connessione
    stdinrdr := bufio.NewReader(os.Stdin) // reader sullo standard input
    for {
        // compongo un messaggio per il server remoto
        fmt.Print("Scrivi un messaggio per il Server remoto: ")
        client_msg, _ := stdinrdr.ReadString('\n')
        // invio il messaggio al server remoto
        _, err = conn.Write([]byte(client_msg)) // scrivo sulla connessione
        if err != nil {
            // errore di invio
            fmt.Println(err)
            return
        }
        // ricevo una risposta dal server remoto
        server_msg, err := connrdr.ReadString('\n') // leggo con il conn reader
        if err != nil {
            // errore di lettura
            fmt.Println(err)
            return
        }
        // mostro la risposta
        fmt.Printf("%s: il server risponde: %s", os.Args[0], server_msg)
    }
}

Io questa versione la trovo fantastica! I passi sono esattamente gli stessi dell'esempio in C (e ci mancherebbe che non lo siano), ma è tutto più semplice e lineare, una vera sciccheria!

E, per chi non conoscesse ancora il Go, faccio notare che buona parte della semplificazione è dovuta alla semplicità intrinseca del linguaggio (solo 25 keywords, mentre C99 ne ha 37 e C++11 ne ha 84 e, prevedo, C++2099 ne avrà 9999...), ma è anche dovuta al meccanismo dei "Package", che sono una specie di via di mezzo tra gli "#include" del C, la STL del C++ e le librerie di C e C++: una volta identificato quale Package esegue la funzionalità che ci serve, lo si importa (l'istruzione "import" all'inizio del sorgente) e lo si usa. Tutto qua! Un buon esempio è l'uso del Package fmt  (formatted I/O) nel classicissimo programma "hello world" in Go:

package main

import "fmt" // importa il Package fmt (formatted I/O)

func main() {

fmt.Println("hello, world")

}

la successiva operazione di "build" dell'eseguibile fa tutto in automatico (scordatevi delle operazioni di link da mettere nei makefile di C e C++): basta importare, usare e "buildare". Go è un gran linguaggio, è veramente ad alto livello ma mantiene allo stesso tempo dettagli da "basso livello" (scusate il gioco di parole) che ti permettono un range di utilizzazione enorme.

E, prima dei saluti di rito, vi lascio con una nuova citazione del mitico Rob Pike (l'altra la trovate qui) sulle idee alla base del Go:

"Notice that Robert [Griesmer] said C was the starting point, not C++. I'm not
certain but I believe he meant C proper, especially because Ken [Thompson] was 
there. But it's also true that, in the end, we didn't really start from C. We 
built from scratch, borrowing only minor things like operators and brace 
brackets and a few common keywords. (And of course we also borrowed ideas from 
other languages we knew.) In any case, I see now that we reacted to C++ by 
going back down to basics, breaking it all down and starting over. We weren't 
trying to design a better C++, or even a better C. It was to be a better 
language overall for the kind of software we cared about."

                                da "Less is exponentially more", Rob Pike, 2012

Vi ricordo che il codice di questo post (e di alcuni dei precedenti) lo trovate sul mio repository GitHub.

Ciao, e al prossimo post!

Better Call Go come scrivere Server e Client TCP in Go e C - pt.1

Jimmy McGill (Saul Goodman): Quanti avvocati servono per cambiare una lampadina? Tre. Uno sale sulla scala, uno lo fa cadere e uno fa causa all'azienda della scala. 

Better Call Saul è un altro grande esempio di Cinema per la TV (è uno spin-off di Breaking Bad... ma questo lo sapete tutti, No? Non lo sapete? e vabbè, continuiamo così, facciamoci del male…), come la serie di cui è un prequel. Il nostro Saul, che qui si chiama ancora Jimmy McGill, è un personaggio ineffabile, un avvocato sui generis. È un vulcano di idee, citazioni, iniziative. È un personaggio "todoterreno", un po' come lo è il Go, che è un linguaggio super eclettico, con molteplici usi in ambito backend, network, microservizi... e con uno speciale occhio di riguardo per la programmazione concorrente. Nonostante la mia nota predilezione e passione per il C non ho nessun problema a decantare le doti del Go, anche perché è, comunque, della famiglia: sia per la forma (è C-like) che per la storia (due dei tre creatori sono Ken Thompson e Rob Pike... e ho detto tutto!). E poi per chi viene dal C è veramente facile impararlo, e non ti senti in colpa se, magari, ti trovi a usarlo per scrivere cose che prima facevi esclusivamente in C (a parte la programmazione di sistema). Insomma: il Go non sostituisce il C, ma lo affianca.

(...e chi si deve preoccupare, semmai, è il C++, visto che in Google hanno creato Go proprio per liberarsi un po' delle sue criticità... ma questa è un altra storia, che avevo già accennato. Magari la riprenderò nella seconda parte dell'articolo...)

...le dure decisioni della vita: C o Go?...

Ho già parlato del Go in passato (qui e qui) mostrando alcuni usi interessanti. Oggi ho deciso di offrirvi un confronto tra le versioni C e Go di due classici: un Server TCP e un Client TCP (quest'ultimo nella seconda parte dell'articolo). Ho scritto decine di programmi come questo in C e C++ per lavoro e per studio, e ne ho scritto, in varie versioni (TCP, UDP, con OpenSSL), anche su queste pagine. Cominciamo, allora, con un semplice esempio in C, praticamente identico a quello che avevo descritto in un vecchio articolo: vai col codice!

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#define MYBUFSIZE 1024
#define BACKLOG   10      // per listen()
int main(int argc, char *argv[])
{
    // test argomenti
    if (argc != 2) {
        // errore di chiamata
        printf("%s: numero argomenti errato\n", argv[0]);
        printf("uso: %s port [e.g.: %s 9999]\n", argv[0], argv[0]);
        return EXIT_FAILURE;
    }
    // creo il socket in modo internet/TCP
    int srv_sock;
    if ((srv_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) == -1) {
        // errore socket()
        printf("%s: non posso creare il socket (%s)\n", argv[0], strerror(errno));
        return EXIT_FAILURE;
    }
    // preparo la struttura sockaddr_in per questo server
    struct sockaddr_in server;
    memset(&server, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
    server.sin_family = AF_INET;            // set famiglia di indirizzi
    server.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;    // set indirizzo del server
    server.sin_port = htons(atoi(argv[1])); // set port del server
    // associo l'indirizzo del server al socket
    if (bind(srv_sock, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) == -1) {
        // errore bind()
        printf("%s: errore bind (%s)", argv[0], strerror(errno));
        close(srv_sock);
        return EXIT_FAILURE;
    }
    // start ascolto con una coda di max BACKLOG connessioni
    if (listen(srv_sock, BACKLOG) == -1) {
        // errore listen()
        printf("%s: errore listen (%s)\n", argv[0], strerror(errno));
        close(srv_sock);
        return EXIT_FAILURE;
    }
    // accetto connessioni da un client entrante
    printf("%s: attesa connessioni entranti...\n", argv[0]);
    socklen_t socksize = sizeof(struct sockaddr_in);
    struct sockaddr_in client;      // struttura sockaddr_in per il client remoto
    int cli_sock;
    if ((cli_sock = accept(srv_sock, (struct sockaddr *)&client, &socksize)) == -1) {
        // errore accept()
        printf("%s: errore accept (%s)\n", argv[0], strerror(errno));
        close(srv_sock);
        return EXIT_FAILURE;
    }
    // chiudo il socket non più in uso
    close(srv_sock);
    // loop di ricezione messaggi dal client
    char cli_msg[MYBUFSIZE];
    int recv_size;
    while ((recv_size = recv(cli_sock, cli_msg, MYBUFSIZE, 0)) > 0 ) {
        // send messaggio di ritorno al client
        printf("%s: ricevuto messaggio dal sock %d: %s\n", argv[0], cli_sock, cli_msg);
        char srv_msg[MYBUFSIZE];
        sprintf(srv_msg, "mi hai scritto: %s", cli_msg);
        if (send(cli_sock, srv_msg, strlen(srv_msg), 0) == -1) {
            // errore send()
            printf("%s: errore send (%s)\n", argv[0], strerror(errno));
            close(cli_sock);
            return EXIT_FAILURE;
        }
        // clear del buffer
        memset(cli_msg, 0, MYBUFSIZE);
    }
    // loop terminato: test motivo
    if (recv_size == -1) {
        // errore recv()
        printf("%s: errore recv (%s)\n", argv[0], strerror(errno));
        close(cli_sock);
        return EXIT_FAILURE;
    }
    else if (recv_size == 0) {
        // Ok: il client si è disconnesso
        printf("%s: client disconnesso\n", argv[0]);
    }
    // esco con Ok
    close(cli_sock);
    return EXIT_SUCCESS;
}

Ok, come vedete è ampiamente commentato e quindi è auto-esplicativo, per cui non mi dilungherò sulle singole istruzioni e/o gruppi di istruzioni (leggete i commenti! sono li per quello!), ma aggiungerò solo qualche dettaglio strutturale.

Il flusso è quello classico ed elementare di un Server TCP:

1. creo il socket in modo internet/TCP
2. preparo la struttura sockaddr_in per questo Server
3. associa l'indirizzo del server al socket
4. start ascolto con una coda di max BACKLOG connessioni
5. accetta connessioni da un Client entrante
6. loop di ricezione messaggi dal Client
   - riceve un messaggio
   - send messaggio di ritorno al client

ovviamente esistono varianti di questa struttura, ma questa è quella classica. Come avrete notato nel loop di lettura c’è il re-invio al Client del messaggio ricevuto, e questo ci aiuta, durante l'esecuzione, a osservare il corretto funzionamento della coppia Client/Server che metteremo in prova.

Evidentemente questo esempio, pur essendo abbastanza completo (è quasi un codice di produzione), è relativamente semplice, sono poche righe e fa il suo dovere. Ma si può rendere ancora più semplice e compatto? La risposta è si, chiedendo aiuto al nostro nuovo amico Go (o Golang, se preferite). Ecco un esempio di Server TCP in Go, guardate e stupite!

package main
import (
    "bufio"
    "fmt"
    "net"
    "os"
)
func main() {
    // test argomenti
    if len(os.Args) != 2 {
        // errore di chiamata
        fmt.Printf("%s: numero argomenti errato\n", os.Args[0])
        fmt.Printf("uso: %s port [e.g.: %s 9999]\n", os.Args[0], os.Args[0])
        return
    }
    // start ascolto sul port richiesto
    port := ":" + os.Args[1]             // set port (i.e.: ":port")
    lner, err := net.Listen("tcp", port) // set listener con network di tipo TCP
    if err != nil {
        // errore di ascolto
        fmt.Println(err)
        return
    }
    defer lner.Close() // prenoto la chiusura del listener
    // accetta connessioni da un client entrante
    fmt.Printf("%s: attesa connessioni entranti...\n", os.Args[0])
    conn, err := lner.Accept()
    if err != nil {
        // errore di accept
        fmt.Println(err)
        return
    }
    // loop di ricezione messaggi dal client
    connrdr := bufio.NewReader(conn) // reader sulla connessione
    for {
        // attende la ricezione di un messaggio
        client_msg, err := connrdr.ReadString('\n') // leggo con il conn reader
        if err != nil {
            // errore di ricezione
            fmt.Println(err)
            return
        }
        // mostra il messaggio ricevuto e compone la risposta
        fmt.Printf("%s: ricevuto messaggio: %s", os.Args[0], string(client_msg))
        server_msg := fmt.Sprintf("mi hai scritto %s", string(client_msg))
        // send messaggio di ritorno al client
        _, err = conn.Write([]byte(server_msg)) // scrivo sulla connessione
        if err != nil {
            // errore di send
            fmt.Println(err)
            return
        }
    }
}

È veramente semplicissimo e compattissimo! Ho, volutamente (come sempre) esagerato coi commenti per descrivere ogni singola attività, e ho usato (sempre volutamente) le stesse frasi nelle descrizioni dei passi del flusso che ho usato nella versione C, così è più facile fare una comparazione. Risulta evidente che, grazie ai package inclusi nel linguaggio e grazie alla natura stessa del linguaggio, questo Server TCP in Go ha una struttura con meno passi ed ogni passo è più semplice da scrivere (e da leggere!) dell'equivalente in C. Vediamo la struttura:

1. start ascolto sul port richiesto
2. accetta connessioni da un Client entrante
3. loop di ricezione messaggi dal Client
   - riceve un messaggio
   - send messaggio di ritorno al client

Sono veramente quattro righe, e fa esattamente lo stesso lavoro del TCP Server in C con cui abbiamo introdotto l'argomento. Fantastico.

Nel prossimo articolo vedremo, come promesso, il Client TCP in Go e C. Una volta compilati potrete verificare che si comportano esattamente nella stessa maniera, provare per credere!

Ciao, e al prossimo post!