Python之路【第六篇】:socket
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。
socket起源于Unix,而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”,对于文件用【打开】【读写】【关闭】模式来操作。socket就是该模式的一个实现,socket即是一种特殊的文件,一些socket函数就是对其进行的操作(读/写IO、打开、关闭)
socket和file的区别:
- file模块是针对某个指定文件进行【打开】【读写】【关闭】
- socket模块是针对 服务器端 和 客户端Socket 进行【打开】【读写】【关闭】
WEB服务应用:
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#!/usr/bin/env python
#coding:utf-8
import
socket
def
handle_request(client):
buf
=
client.recv(
1024
)
client.send(
"HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n"
)
client.send(
"Hello, World"
)
def
main():
sock
=
socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.bind((
'localhost'
,
8080
))
sock.listen(
5
)
while
True
:
connection, address
=
sock.accept()
handle_request(connection)
connection.close()
if
__name__
=
=
'__main__'
:
main()
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更多功能
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 IPv6socket.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 UDPsocket.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
实例:智能机器人
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
Linux中的 select,poll,epoll 都是IO多路复用的机制。
Python
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
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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
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, 句柄列表
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, 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。
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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。
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。即:每个客户端请求连接到服务器时,Socket服务端都会在服务器是创建一个“线程”或者“进程” 专门负责处理当前客户端的所有请求。
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
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:
RequestHandler相关源码
实例:
源码精简:
import socket
import threading
import select
def process(request, client_address):
print request,client_address
conn = request
conn.sendall('欢迎致电 10086,请输入1xxx,0转人工服务.')
flag = True
while flag:
data = conn.recv(1024)
if data == 'exit':
flag = False
elif data == '0':
conn.sendall('通过可能会被录音.balabala一大推')
else:
conn.sendall('请重新输入.')
sk = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sk.bind(('127.0.0.1',8002))
sk.listen(5)
while True:
r, w, e = select.select([sk,],[],[],1)
print 'looping'
if sk in r:
print 'get request'
request, client_address = sk.accept()
t = threading.Thread(target=process, args=(request, client_address))
t.daemon = False
t.start()
sk.close()
如精简代码可以看出,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:
以上ForkingTCPServer只是将 ThreadingTCPServer 实例中的代码:
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server
=
SocketServer.ThreadingTCPServer((
'127.0.0.1'
,
8009
),MyRequestHandler)
变更为:
server
=
SocketServer.ForkingTCPServer((
'127.0.0.1'
,
8009
),MyRequestHandler)
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SocketServer的ThreadingTCPServer之所以可以同时处理请求得益于 select 和 os.fork 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进程,当前新创建的进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)。
源码剖析参考 ThreadingTCPServer
Twisted
Twisted是一个事件驱动的网络框架,其中包含了诸多功能,例如:网络协议、线程、数据库管理、网络操作、电子邮件等。
事件驱动
简而言之,事件驱动分为二个部分:第一,注册事件;第二,触发事件。
自定义事件驱动框架,命名为:“弑君者”:
程序员使用“弑君者框架”:
如上述代码,事件驱动只不过是框架规定了执行顺序,程序员在使用框架时,可以向原执行顺序中注册“事件”,从而在框架执行时可以出发已注册的“事件”。
基于事件驱动Socket
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#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
from
twisted.internet
import
protocol
from
twisted.internet
import
reactor
class
Echo(protocol.Protocol):
def
dataReceived(
self
, data):
self
.transport.write(data)
def
main():
factory
=
protocol.ServerFactory()
factory.protocol
=
Echo
reactor.listenTCP(
8000
,factory)
reactor.run()
if
__name__
=
=
'__main__'
:
main()
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程序执行流程:
- 运行服务端程序
- 创建Protocol的派生类Echo
- 创建ServerFactory对象,并将Echo类封装到其protocol字段中
- 执行reactor的 listenTCP 方法,内部使用 tcp.Port 创建socket server对象,并将该对象添加到了 reactor的set类型的字段 _read 中
- 执行reactor的 run 方法,内部执行 while 循环,并通过 select 来监视 _read 中文件描述符是否有变化,循环中...
- 客户端请求到达
- 执行reactor的 _doReadOrWrite 方法,其内部通过反射调用 tcp.Port 类的 doRead 方法,内部 accept 客户端连接并创建Server对象实例(用于封装客户端socket信息)和 创建 Echo 对象实例(用于处理请求) ,然后调用 Echo 对象实例的 makeConnection 方法,创建连接。
- 执行 tcp.Server 类的 doRead 方法,读取数据,
- 执行 tcp.Server 类的 _dataReceived 方法,如果读取数据内容为空(关闭链接),否则,出发 Echo 的 dataReceived 方法
- 执行 Echo 的 dataReceived 方法
从源码可以看出,上述实例本质上使用了事件驱动的方法 和 IO多路复用的机制来进行Socket的处理。
更多请见:
https://twistedmatrix.com/trac
http://twistedmatrix.com/documents/current/api/