python socket和socketserver

Python提供了两个基本的socket模块。一个是socket，它提供了标准的BSD Socket API；另一个是socketServer，它提供了服务器中心类，可以简化网络服务器的开发。

下面先简要介绍socket模块包含的类及其使用。

1.开始了解socket模块前，先熟悉下Python的网络编程模块主要支持的两种Intent协议：TCP和UDP。TCP协议是一种面向连接的可靠协议，用于建立机器之间的双向通信流。UDP协议是一种较低级别的、以数据包为基础的协议（无连接传输模式）。与TCP不同，UDP信息不可靠。

他们的区别如下图所示：左图为TCP连接协议，右图为UDP连接协议

python socket和socketserver

2.socket模块的部分类方法介绍

类方法	说明
socket.socket(family, type[,proto])		创建并返回一个新的 socket对象
socket.getfqdn(name)	将使用点号分隔的 IP地址字符串转换成一个完整的域名
socket.gethostbyname(hostname)	将主机名解析为一个使用点号分隔的 IP地址字符串
socket.gethostbyname_ex(name)	它返回一个包含三个元素的元组，从左到右分别是给定地址的主要的主机名、同一IP地址的可选的主机名的一个列表、关于同一主机的同一接口的其它IP地址的一个列表（列表可能都是空的）。
socket.gethostbyaddr(address)	作用与gethostbyname_ex相同，只是你提供给它的参数是一个IP地址字符串
Socket.getservbyname(service,protocol)	它要求一个服务名（如'telnet'或'ftp'）和一个协议（如'tcp'或'udp'），返回服务所使用的端口号
socket.fromfd(fd, family, type)	从现有的文件描述符创建一个 socket对象

3.socket对象的部分方法介绍

实例方法	说明
sock.bind( (adrs, port) )	将 socket绑定到一个地址和端口上
sock.accept()	返回一个客户机 socket（带有客户机端的地址信息）
sock.listen(backlog)	将 socket设置成监听模式，能够监听 backlog 外来的连接请求
sock.connect( (adrs, port) )	将 socket连接到定义的主机和端口上
sock.recv( buflen[, flags] )	从 socket中接收数据，最多 buflen 个字符
sock.recvfrom( buflen[, flags] )	从 socket中接收数据，最多 buflen 个字符，同时返回数据来源的远程主机和端口号
sock.send( data[, flags] )	通过 socket发送数据
sock.sendto( data[, flags], addr )	通过 socket发送数据
sock.close()	关闭 socket
sock.getsockopt( lvl, optname )	获得指定 socket 选项的值
sock.setsockopt( lvl, optname, val )	设置指定 socket选项的值

4.编写socket测试程序

（a）编写server的步骤

第一步是创建socket对象。调用socket构造函数。如：

socket = socket.socket( family, type )

family参数代表地址家族，可为AF_INET或AF_UNIX。AF_INET家族包括Internet地址，AF_UNIX家族用于同一台机器上的进程间通信。

type参数代表套接字类型，可为SOCK_STREAM(流套接字)和SOCK_DGRAM(数据报套接字)。

第二步是将socket绑定到指定地址。这是通过socket对象的bind方法来实现的：

socket.bind( address )

由AF_INET所创建的套接字，address地址必须是一个双元素元组，格式是(host,port)。host代表主机，port代表端口号。如果端口号正在使用、主机名不正确或端口已被保留，bind方法将引发socket.error异常。

第三步是使用socket套接字的listen方法接收连接请求。

socket.listen( backlog )

backlog指定最多允许多少个客户连接到服务器。它的值至少为1。收到连接请求后，这些请求需要排队，如果队列满，就拒绝请求。

第四步是服务器套接字通过socket的accept方法等待客户请求一个连接。

connection, address = socket.accept()

调用accept方法时，socket会时入“waiting”状态。客户请求连接时，方法建立连接并返回服务器。accept方法返回一个含有两个元素的元组(connection,address)。第一个元素connection是新的socket对象，服务器必须通过它与客户通信；第二个元素 address是客户的Internet地址。

第五步是处理阶段，服务器和客户端通过send和recv方法通信(传输数据)。服务器调用send，并采用字符串形式向客户发送信息。send方法返回已发送的字符个数。服务器使用recv方法从客户接收信息。调用recv 时，服务器必须指定一个整数，它对应于可通过本次方法调用来接收的最大数据量。recv方法在接收数据时会进入“blocked”状态，最后返回一个字符串，用它表示收到的数据。如果发送的数据量超过了recv所允许的，数据会被截短。多余的数据将缓冲于接收端。以后调用recv时，多余的数据会从缓冲区删除(以及自上次调用recv以来，客户可能发送的其它任何数据)。

传输结束，服务器调用socket的close方法关闭连接。

（b）编写client的步骤

首先创建一个socket以连接服务器：socket =socket.socket( family, type )

使用socket的connect方法连接服务器。对于AF_INET家族,连接格式如下：

socket.connect( (host,port) )

host代表服务器主机名或IP，port代表服务器进程所绑定的端口号。如连接成功，客户就可通过套接字与服务器通信，如果连接失败，会引发socket.error异常。

处理阶段，客户和服务器将通过send方法和recv方法通信。

Server:

import socket

port=8081

s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

#从指定的端口，从任何发送者，接收UDP数据

s.bind(('',port))

print('正在等待接入...')

while True:

    #接收一个数据

    data,addr=s.recvfrom(1024)

    print('Received:',data,'from',addr)

Client:

import socket

port=8081

host='localhost'

s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

s.sendto(b'hello,this is a test info !',(host,port))

很简单。下面是TCP方式：

Server:

#-*- coding: utf-8 -*-

from socket import *

from time import ctime

HOST=''

PORT=12345

BUFSIZ=1024

ADDR=(HOST, PORT)

sock=socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

sock.bind(ADDR)

sock.listen(5)

while True:

    print('waiting for connection')

    tcpClientSock, addr=sock.accept()

    print('connect from ', addr)

    while True:

        try:

            data=tcpClientSock.recv(BUFSIZ)

        except:

            print(e)

            tcpClientSock.close()

            break

        if not data:

            break

        s='Hi,you send me :[%s] %s' %(ctime(), data.decode('utf8'))

        tcpClientSock.send(s.encode('utf8'))

        print([ctime()], ':', data.decode('utf8'))

tcpClientSock.close()

sock.close()

Client:

#-*- coding: utf-8 -*-

from socket import *

class TcpClient:

    HOST='127.0.0.1'

    PORT=12345

    BUFSIZ=1024

    ADDR=(HOST, PORT)

    def __init__(self):

        self.client=socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

        self.client.connect(self.ADDR)

        while True:

            data=input('>')

            if not data:

                break

            self.client.send(data.encode('utf8'))

            data=self.client.recv(self.BUFSIZ)

            if not data:

                break

            print(data.decode('utf8'))

if __name__ == '__main__':

    client=TcpClient()

上面的TCP方式有个问题，不能退出，好吧，我们改造一下，使这个程序可以发送quit命令以退出：

Server:

#-*- coding: utf-8 -*-

from socket import *

from time import ctime

from time import localtime

import time

HOST=''

PORT=1122  #设置侦听端口

BUFSIZ=1024

ADDR=(HOST, PORT)

sock=socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

sock.bind(ADDR)

sock.listen(5)

#设置退出条件

STOP_CHAT=False

while not STOP_CHAT:

    print('等待接入，侦听端口:%d' % (PORT))

    tcpClientSock, addr=sock.accept()

    print('接受连接，客户端地址：',addr)

    while True:

        try:

            data=tcpClientSock.recv(BUFSIZ)

        except:

            #print(e)

            tcpClientSock.close()

            break

        if not data:

            break

        #python3使用bytes，所以要进行编码

        #s='%s发送给我的信息是:[%s] %s' %(addr[0],ctime(), data.decode('utf8'))

        #对日期进行一下格式化

        ISOTIMEFORMAT='%Y-%m-%d %X'

        stime=time.strftime(ISOTIMEFORMAT, localtime())

        s='%s发送给我的信息是:%s' %(addr[0],data.decode('utf8'))

        tcpClientSock.send(s.encode('utf8'))

        print([stime], ':', data.decode('utf8'))

        #如果输入quit(忽略大小写),则程序退出

        STOP_CHAT=(data.decode('utf8').upper()=="QUIT")

        if STOP_CHAT:

            break

tcpClientSock.close()

sock.close()

Client:

#-*- coding: utf-8 -*-

from socket import *

class TcpClient:

    #测试，连接本机

    HOST='127.0.0.1'

    #设置侦听端口

    PORT=1122

    BUFSIZ=1024

    ADDR=(HOST, PORT)

    def __init__(self):

        self.client=socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

        self.client.connect(self.ADDR)

        while True:

            data=input('>')

            if not data:

                break

            #python3传递的是bytes，所以要编码

            self.client.send(data.encode('utf8'))

            print('发送信息到%s：%s' %(self.HOST,data))

            if data.upper()=="QUIT":

                break

            data=self.client.recv(self.BUFSIZ)

            if not data:

                break

            print('从%s收到信息：%s' %(self.HOST,data.decode('utf8')))

if __name__ == '__main__':

    client=TcpClient()


下面先简要介绍socketserver模块包含的类及其使用

SocketServer是标准库中一个高级别的模块。用于简化网络客户与服务器的实现。模块中，已经实现了一些可供使用的类。

我们将再次实现之前的那个基本TCP的例子。你会注意到新实现与之前有很多相似之处，但你也要注意到，现在很多繁杂的事情已经被封装好了，你不用再去关心那个样板代码了。例子给出的是一个最简单的同步服务器。

为了要隐藏实现的细节。我们现在写程序时会使用类，这是与之前代码的另一个不同。用面向对象的方法可以帮助我们更好的组织数据与逻辑功能。你也会注意到，我们的程序现在是“事件驱动”了。这就意味着，只有在事件出现的时候，程序才有“反应”。

在之前的服务循环中，我们阻塞等待请求，有请求来的时候就处理请求，然后再回去继续等待。现在的服务循环中，就不用在服务器里写代码了，改成定义一个处理器，服务器在收到进来的请求的时候，可以调用你的处理函数。

1. 创建一个SocketServerTCP服务器：

在代码中，先导入我们的服务器类，然后像之前一样定义主机常量。主机常量后就是我们的请求处理器类，然后是启动代码。在下面的代码片断中可以看到更多细节。

#!/usr/bin/env python

from SocketServer import (TCPServer as TCP,

                          StreamRequestHandler as SRH)

from time import ctime

HOST = ''

PORT = 12346

ADDR = (HOST, PORT)

class MyRequestHandler(SRH):

    def handle(self):

        print '...connected from:', self.client_address

        self.wfile.write('[%s] %s' % (ctime(), self.rfile.readline()))

tcpServ = TCP(ADDR, MyRequestHandler)

print 'waiting for connection...'

tcpServ.serve_forever()

我们从SocketServer的StreamRequestHandler类中派生出一个子类，并重写handle()函数。在BaseRequest类中，这个函数什么也不做。在有客户消息进来的时候，handle()函数就会被调用。StreamRequestHandler 类支持像操作文件对象那样操作输入输出套接字。我们可以用readline()函数得到客户消息，用write()函数把字符串发给客户。

为了保持一致性，我们要在客户与服务器两端的代码里都加上回车与换行。实际上，你在代码中看不到这个，因为，我们重用了客户传过来的回车与换行。

2. 创建SocketServerTCP客户端

#!/usr/bin/env python

from socket import *

HOST = 'localhost'

PORT = 12346

BUFSIZE = 1024

ADDR = (HOST, PORT)

while True:

    tcpCliSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

    tcpCliSock.connect(ADDR)

    data = raw_input('>')

    if not data:

        break

    tcpCliSock.send('%s\r\n' % data)

    data = tcpCliSock.recv(BUFSIZE)

    if not data:

        break

    print data.strip()

    tcpCliSock.close()

SocketServer的请求处理器的默认行为是接受连接，得到请求，然后就关闭连接。这使得我们不能在程序的运行时，一直保持连接状态，要每次发送数据到服务器的时候都要创建一个新的套接字。这种行为使得TCP 服务器的行为有些像UDP服务器。不过，这种行为也可以通过重写请求处理器中相应的函数来改变。

现在，我们的客户端有点完全不一样了（我们得每次都创建一个连接）。其它的小区别在服务器代码的逐行解释中已经看到了：我们使用的处理器类像文件一样操作套接字，所以我们每次都要发送行结束字符（回车与换行）。服务器只是保留并重用我们发送的行结束字符。当我们从服务器得到数据的时候，我们使用strip()函数去掉它们，然后使用print语句提供的回车。

3. 使用SocketServer处理多连接

上面的例子一次只能连接一个客户机并出力它的请求，如果要处理多连接问题，那么有三种主要的方法能实现这个目的：分叉(forking)、线程(threading)以及异步I/O(asynchronous I/O)。通过对SocketServer服务器使用混入类(mix-in class)，派生进程和线程很容易处理。即使要自己实现它们，这些方法也很容易使用。它们确实有缺点：分叉占据资源，并且如果有太多的客户端时分叉不能很好分叉（尽管如此，对于合理数量的客户端，分叉在现代的UNIX或者Linux系统中是很高效的，如果有一个多CPU系统，那系统效率会更高）；线程处理能导致同步问题。使用SocketServer框架创建分叉或者线程服务器非常简单：

分叉SocketServer服务器：

#!/usr/bin/env python

from SocketServer import (TCPServer as TCP,

                          StreamRequestHandler as SRH,

                          ForkingMixIn as FMI)

from time import ctime

HOST = ''

PORT = 12346

ADDR = (HOST, PORT)

class Server(FMI, TCP):

    pass

class MyRequestHandler(SRH):

    def handle(self):

        print '...connected from:', self.client_address

        self.wfile.write('[%s] %s' % (ctime(), self.rfile.readline()))

tcpServ = Server(ADDR, MyRequestHandler)

print 'waiting for connection...'

tcpServ.serve_forever()

多线程SocketServer服务器：

#!/usr/bin/env python

from SocketServer import (TCPServer as TCP,

                          StreamRequestHandler as SRH,

                          ThreadingMixIn as TMI)

from time import ctime

HOST = ''

PORT = 12346

ADDR = (HOST, PORT)

class Server(TMI, TCP):

    pass

class MyRequestHandler(SRH):

    def handle(self):

        print '...connected from:', self.client_address

        self.wfile.write('[%s] %s' % (ctime(), self.rfile.readline()))

tcpServ = Server(ADDR, MyRequestHandler)

print 'waiting for connection...'

tcpServ.serve_forever()

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