Python(七)Socket编程、IO多路复用、SocketServer

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Python(七)Socket编程、IO多路复用、SocketServer

xumaojun 2018-04-30 08:16:05 浏览2274
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本章内容:

  • Socket
  • IO多路复用(select)
  • SocketServer 模块(ThreadingTCPServer源码剖析)

 

Socket

socket通常也称作"套接字",用于描述IP地址和端口,是一个通信链的句柄,应用程序通常通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求。

 

功能:

sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM,0)

参数一:地址簇

  socket.AF_INET IPv4(默认)
socket.AF_INET6 IPv6

  socket.AF_UNIX 只能够用于单一的Unix系统进程间通信

参数二:类型

  socket.SOCK_STREAM  流式socket , for TCP (默认)
socket.SOCK_DGRAM   数据报式socket , for UDP

  socket.SOCK_RAW 原始套接字,普通的套接字无法处理ICMP、IGMP等网络报文,而SOCK_RAW可以;其次,SOCK_RAW也可以处理特殊的IPv4报文;此外,利用原始套接字,可以通过IP_HDRINCL套接字选项由用户构造IP头。
socket.SOCK_RDM 是一种可靠的UDP形式,即保证交付数据报但不保证顺序。SOCK_RAM用来提供对原始协议的低级访问,在需要执行某些特殊操作时使用,如发送ICMP报文。SOCK_RAM通常仅限于高级用户或管理员运行的程序使用。
socket.SOCK_SEQPACKET 可靠的连续数据包服务

参数三:协议

  0  (默认)与特定的地址家族相关的协议,如果是 0 ,则系统就会根据地址格式和套接类别,自动选择一个合适的协议

 UDP Demo

sk.bind(address)

  s.bind(address) 将套接字绑定到地址。address地址的格式取决于地址族。在AF_INET下,以元组(host,port)的形式表示地址。

sk.listen(backlog)

  开始监听传入连接。backlog指定在拒绝连接之前,可以挂起的最大连接数量。

      backlog等于5,表示内核已经接到了连接请求,但服务器还没有调用accept进行处理的连接个数最大为5
      这个值不能无限大,因为要在内核中维护连接队列

sk.setblocking(bool)

  是否阻塞(默认True),如果设置False,那么accept和recv时一旦无数据,则报错。

sk.accept()

  接受连接并返回(conn,address),其中conn是新的套接字对象,可以用来接收和发送数据。address是连接客户端的地址。

  接收TCP 客户的连接(阻塞式)等待连接的到来

sk.connect(address)

  连接到address处的套接字。一般,address的格式为元组(hostname,port),如果连接出错,返回socket.error错误。

sk.connect_ex(address)

  同上,只不过会有返回值,连接成功时返回 0 ,连接失败时候返回编码,例如:10061

sk.close()

  关闭套接字

sk.recv(bufsize[,flag])

  接受套接字的数据。数据以字符串形式返回,bufsize指定最多可以接收的数量。flag提供有关消息的其他信息,通常可以忽略。

sk.recvfrom(bufsize[.flag])

  与recv()类似,但返回值是(data,address)。其中data是包含接收数据的字符串,address是发送数据的套接字地址。

sk.send(string[,flag])

  将string中的数据发送到连接的套接字。返回值是要发送的字节数量,该数量可能小于string的字节大小。即:可能未将指定内容全部发送。

sk.sendall(string[,flag])

  将string中的数据发送到连接的套接字,但在返回之前会尝试发送所有数据。成功返回None,失败则抛出异常。

      内部通过递归调用send,将所有内容发送出去。

sk.sendto(string[,flag],address)

  将数据发送到套接字,address是形式为(ipaddr,port)的元组,指定远程地址。返回值是发送的字节数。该函数主要用于UDP协议。

sk.settimeout(timeout)

  设置套接字操作的超时期,timeout是一个浮点数,单位是秒。值为None表示没有超时期。一般,超时期应该在刚创建套接字时设置,因为它们可能用于连接的操作(如 client 连接最多等待5s )

sk.getpeername()

  返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组(ipaddr,port)。

sk.getsockname()

  返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)

sk.fileno()

  套接字的文件描述符

 

IO 多路复用

I/O多路复用指:通过一种机制,可以监视多个描述符,一旦某个描述符就绪(一般是读就绪或者写就绪),能够通知程序进行相应的读写操作。

Linux中的 select,poll,epoll 都是IO多路复用的机制。

Python中有一个select模块,其中提供了:select、poll、epoll三个方法,分别调用系统的 select,poll,epoll 从而实现IO多路复用。

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Windows Python:
    提供: select
Mac Python:
    提供: select
Linux Python:
    提供: select、poll、epoll

注意:网络操作、文件操作、终端操作等均属于IO操作,对于windows只支持Socket操作,其他系统支持其他IO操作,但是无法检测 普通文件操作 自动上次读取是否已经变化。

对于select方法:

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句柄列表11, 句柄列表22, 句柄列表33 = select.select(句柄序列1, 句柄序列2, 句柄序列3, 超时时间)
  
参数: 可接受四个参数(前三个必须)
返回值:三个列表
  
select方法用来监视文件句柄,如果句柄发生变化,则获取该句柄。
1、当 参数1 序列中的句柄发生可读时(accetp和read),则获取发生变化的句柄并添加到 返回值1 序列中
2、当 参数2 序列中含有句柄时,则将该序列中所有的句柄添加到 返回值2 序列中
3、当 参数3 序列中的句柄发生错误时,则将该发生错误的句柄添加到 返回值3 序列中
4、当 超时时间 未设置,则select会一直阻塞,直到监听的句柄发生变化
   当 超时时间 = 1时,那么如果监听的句柄均无任何变化,则select会阻塞 1 秒,之后返回三个空列表,如果监听的句柄有变化,则直接执行。
 利用select监听终端操作实例
 利用select实现伪同时处理多个Socket客户端请求:服务端
 利用select实现伪同时处理多个Socket客户端请求:客户端

此处的Socket服务端相比与原生的Socket,他支持当某一个请求不再发送数据时,服务器端不会等待而是可以去处理其他请求的数据。但是,如果每个请求的耗时比较长时,select版本的服务器端也无法完成同时操作。

 基于select实现socket服务端

 

SocketServer 模块

SocketServer内部使用 IO多路复用 以及 “多线程” 和 “多进程” ,从而实现并发处理多个客户端请求的Socket服务端。

+------------+
| BaseServer |
+------------+
      |
      v
+-----------+        +------------------+
| TCPServer |------->| UnixStreamServer |
+-----------+        +------------------+
      |
      v
+-----------+        +--------------------+
| UDPServer |------->| UnixDatagramServer |
+-----------+        +--------------------+

SocketServer简化了网络服务器的编写。它有4个类:TCPServer,UDPServer,UnixStreamServer,UnixDatagramServer。
这4个类是同步进行处理的,另外通过ForkingMixIn和ThreadingMixIn类来支持异步。

ThreadingTCPServer

ThreadingTCPServer实现的Soket服务器内部会为每个client创建一个 “线程”,该线程用来和客户端进行交互。

1、ThreadingTCPServer基础

使用ThreadingTCPServer:

  • 创建一个继承自 SocketServer.BaseRequestHandler 的类
  • 类中必须定义一个名称为 handle 的方法
  • 启动ThreadingTCPServer
复制代码
#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import SocketServer

class MyServer(SocketServer.BaseRequestHandler):

    def handle(self):
        pass

if __name__ == '__main__':
    server = SocketServer.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8766), MyServer)
    server.serve_forever()
复制代码

2、ThreadingTCPServer源码剖析

ThreadingTCPServer的类图关系如下:

内部调用流程为:

  • 启动服务端程序
  • 执行 TCPServer.__init__ 方法,创建服务端Socket对象并绑定 IP 和 端口
  • 执行 BaseServer.__init__ 方法,将自定义的继承自SocketServer.BaseRequestHandler 的类 MyRequestHandle赋值给self.RequestHandlerClass
  • 执行 BaseServer.server_forever 方法,While 循环一直监听是否有客户端请求到达 ...
  • 当客户端连接到达服务器
  • 执行 ThreadingMixIn.process_request 方法,创建一个 “线程” 用来处理请求
  • 执行 ThreadingMixIn.process_request_thread 方法
  • 执行 BaseServer.finish_request 方法,执行 self.RequestHandlerClass()  即:执行 自定义 MyRequestHandler 的构造方法(自动调用基类BaseRequestHandler的构造方法,在该构造方法中又会调用 MyRequestHandler的handle方法)

ThreadingTCPServer相关源码:

 BaseServer
 TCPServer
 ThreadingMixIn
 ThreadingTCPServer

RequestHandler相关源码

 SocketServer.BaseRequestHandler

SocketServer的ThreadingTCPServer之所以可以同时处理请求得益于 select 和 Threading 两个东西,其实本质上就是在服务器端为每一个客户端创建一个线程,当前线程用来处理对应客户端的请求,所以,可以支持同时n个客户端链接(长连接)。

ForkingTCPServer

ForkingTCPServer和ThreadingTCPServer的使用和执行流程基本一致,只不过在内部分别为请求者建立 “线程”  和 “进程”。

基本使用:

复制代码
#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import SocketServer

class MyServer(SocketServer.BaseRequestHandler):

    def handle(self):
        pass

if __name__ == '__main__':
    server = SocketServer.ForkingTCPServer(('127.0.0.1',8009),MyServer)
    server.serve_forever()
复制代码

 

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