Python来实现并发的Web Server，其中采用了多进程多线程协程单进程单线程非阻塞的方式
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Python来实现并发的Web Server，其中采用了多进程多线程协程单进程单线程非阻塞的方式相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
Python来实现并发的Web Server，其中采用了多进程、多线程、协程、单进程单线程非阻塞的方式。
一、使用子进程来实现并发Web Server
参照 https://www.cnblogs.com/leokale-zz/p/11949208.html 中的代码，我们将其修改为支持并发的简单Web Server：
import socket
import re
import multiprocessing
def handle_request(new_socket):
# 接收请求
recv_msg = ""
recv_msg = new_socket.recv(1024).decode("utf-8")
if recv_msg == "":
print("recv null")
new_socket.close()
return
# 从请求中解析出URI
recv_lines = recv_msg.splitlines()
print(recv_lines.__len__())
# 使用正则表达式提取出URI
ret = re.match(r"[^/]+(/[^ ]*)", recv_lines[0])
if ret:
# 获取URI字符串
file_name = ret.group(1)
# 如果URI是/，则默认返回index.html的内容
if file_name == "/":
file_name = "/index.html"
try:
# 根据请求的URI，读取相应的文件
fp = open("." + file_name, "rb")
except:
# 找不到文件，响应404
response_msg = "HTTP/1.1 404 NOT FOUND\\r\\n"
response_msg += "\\r\\n"
response_msg += "<h1>----file not found----</h1>"
new_socket.send(response_msg.encode("utf-8"))
else:
html_content = fp.read()
fp.close()
# 响应正确 200 OK
response_msg = "HTTP/1.1 200 OK\\r\\n"
response_msg += "\\r\\n"
# 返回响应头
new_socket.send(response_msg.encode("utf-8"))
# 返回响应体
new_socket.send(html_content)
# 关闭该次socket连接
new_socket.close()
def main():
# 创建TCP SOCKET实例
tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# # 设置重用地址
# tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
# 绑定地址（默认本机IP）和端口
tcp_server_socket.bind(("", 7890))
# 监听
tcp_server_socket.listen(128)
# 循环接收客户端连接
while True:
new_socket, client_addr = tcp_server_socket.accept()
# 启动一个子进程来处理客户端的请求
sub_p = multiprocessing.Process(target=handle_request, args=(new_socket,))
sub_p.start()
# 这里要关闭父进程中的new_socket，因为创建子进程会复制一份new_socket给子进程
new_socket.close()
# 关闭整个SOCKET
tcp_server_socket.close()
if __name__ == "__main__":
main()
我们使用进程来实现并发的Web Server，也就是将Accept到new_socket传递给子进程去处理，处理函数还是handle_request。
但是这里注意，子进程会从父进程中将所有的变量进行拷贝，也就是说父进程和子进程中各有一份new_socket，而在Linux下，socket对应的也是一个文件描述符，而这两个new_socket实际上是指向同一个fd的。所以我们将new_socket交给子进程后，父进程就可以马上关闭自己的new_socket了，当子进程服务完毕后，关闭子进程中的new_socket，这样对应的FD才会正真关闭，此时才会触发四次挥手。所以父进程代码中蓝色部分new_socket.close()非常重要。
二、使用线程来实现并发Web Server
在第一节中，我们使用进程来实现并发，但是进程对资源消耗很大，一般不推荐使用。所以这里我们使用线程来实现并发，很简单，我们将 multiprocessing.Process 替换为 threaing.Thread就可以了：
import socket
import re
import threading
def handle_request(new_socket):
# 接收请求
recv_msg = ""
recv_msg = new_socket.recv(1024).decode("utf-8")
if recv_msg == "":
print("recv null")
new_socket.close()
return
# 从请求中解析出URI
recv_lines = recv_msg.splitlines()
print(recv_lines.__len__())
# 使用正则表达式提取出URI
ret = re.match(r"[^/]+(/[^ ]*)", recv_lines[0])
if ret:
# 获取URI字符串
file_name = ret.group(1)
# 如果URI是/，则默认返回index.html的内容
if file_name == "/":
file_name = "/index.html"
try:
# 根据请求的URI，读取相应的文件
fp = open("." + file_name, "rb")
except:
# 找不到文件，响应404
response_msg = "HTTP/1.1 404 NOT FOUND\\r\\n"
response_msg += "\\r\\n"
response_msg += "<h1>----file not found----</h1>"
new_socket.send(response_msg.encode("utf-8"))
else:
html_content = fp.read()
fp.close()
# 响应正确 200 OK
response_msg = "HTTP/1.1 200 OK\\r\\n"
response_msg += "\\r\\n"
# 返回响应头
new_socket.send(response_msg.encode("utf-8"))
# 返回响应体
new_socket.send(html_content)
# 关闭该次socket连接
new_socket.close()
def main():
# 创建TCP SOCKET实例
tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# # 设置重用地址
# tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
# 绑定地址（默认本机IP）和端口
tcp_server_socket.bind(("", 7890))
# 监听
tcp_server_socket.listen(128)
# 循环接收客户端连接
while True:
new_socket, client_addr = tcp_server_socket.accept()
# 启动一个线程来处理客户端的请求
t = threading.Thread(target=handle_request, args=(new_socket,))
t.start()
# 关闭整个SOCKET
tcp_server_socket.close()
if __name__ == "__main__":
main()
我们发现，除了将子进程的创建过程替换成了线程的创建过程，后面的new_socket.close()也被删除了，这是因为线程是公用进程资源的，new_socket不会被复制，所以socket对应的FD，只有一个new_socket指向他。
如果此时我们仍然在这里关闭new_socket，那么在线程再使用new_socket就会报错。如下信息：
Exception in thread Thread-5:
Traceback (most recent call last):
File "D:\\Anaconda3_530\\lib\\threading.py", line 917, in _bootstrap_inner
self.run()
File "D:\\Anaconda3_530\\lib\\threading.py", line 865, in run
self._target(*self._args, **self._kwargs)
File "D:/pycharm_project/leo1127/thread_web_server.py", line 44, in handle_request
new_socket.send(response_msg.encode("utf-8"))
OSError: [WinError 10038] 在一个非套接字上尝试了一个操作。
三、使用协程来实现并发Web Server
使用进程和线程来实现的并发Web Server，当并发访问量很大时，资源消耗都很高。所以这里使用协程来实现并发服务器。
import socket
import re
import gevent
from gevent import monkey
monkey.patch_all()
def handle_request(new_socket):
# 接收请求
recv_msg = ""
recv_msg = new_socket.recv(1024).decode("utf-8")
if recv_msg == "":
print("recv null")
new_socket.close()
return
# 从请求中解析出URI
recv_lines = recv_msg.splitlines()
print(recv_lines.__len__())
# 使用正则表达式提取出URI
ret = re.match(r"[^/]+(/[^ ]*)", recv_lines[0])
if ret:
# 获取URI字符串
file_name = ret.group(1)
# 如果URI是/，则默认返回index.html的内容
if file_name == "/":
file_name = "/index.html"
try:
# 根据请求的URI，读取相应的文件
fp = open("." + file_name, "rb")
except:
# 找不到文件，响应404
response_msg = "HTTP/1.1 404 NOT FOUND\\r\\n"
response_msg += "\\r\\n"
response_msg += "<h1>----file not found----</h1>"
new_socket.send(response_msg.encode("utf-8"))
else:
html_content = fp.read()
fp.close()
# 响应正确 200 OK
response_msg = "HTTP/1.1 200 OK\\r\\n"
response_msg += "\\r\\n"
# 返回响应头
new_socket.send(response_msg.encode("utf-8"))
# 返回响应体
new_socket.send(html_content)
# 关闭该次socket连接
new_socket.close()
def main():
# 创建TCP SOCKET实例
tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# # 设置重用地址
# tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
# 绑定地址（默认本机IP）和端口
tcp_server_socket.bind(("", 7890))
# 监听
tcp_server_socket.listen(128)
# 循环接收客户端连接
while True:
new_socket, client_addr = tcp_server_socket.accept()
# 启动一个协程来处理客户端的请求
gevent.spawn(handle_request, new_socket)
# 关闭整个SOCKET
tcp_server_socket.close()
if __name__ == "__main__":
main()
使用gevent来实现协程，并发处理请求。
四、使用单进程单线程非阻塞模拟并发（非并行）
前面我们使用的多进程和多线程来处理并发，是因为socket.recv()是阻塞的，每次accept一个连接，就需要交给一个新的进程或线程去处理，从而不影响下一个socket连接。
但是我们可以通过单进程单线程和非阻塞的方式来完成并发socket的处理：
import socket
def main():
# 创建TCP SOCKET实例
tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# # 设置重用地址
# tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
# 绑定地址（默认本机IP）和端口
tcp_server_socket.bind(("", 7890))
# 监听
tcp_server_socket.listen(128)
# 将accept设置为非阻塞,这里设置一次，后面不管调多少次accept都是非阻塞的
tcp_server_socket.setblocking(False)
# 定义一个列表，将每次连接的socket加入该列表
client_socket_list = list()
# 循环接收客户端连接
while True:
try:
new_socket, client_addr = tcp_server_socket.accept()
except Exception as ret:
# 当没有客户端链接的时候，抛出异常
pass
else:
# 当有客户端链接的时候
# 将new_socket.recv()设置为非阻塞的
new_socket.setblocking(False)
# 将new_socket加入列表
client_socket_list.append(new_socket)
# 遍历socket列表，检查每一个socket是否有数据到达，或者客户端是否断开
for client_socket in client_socket_list:
try:
recv_content = client_socket.recv(1024)
except Exception as ret:
# 异常，表示该客户端没有发数据过来
pass
else:
# 正常，表示客户端发了数据，或者客户端断开连接（断开连接会导致recv正常返回）
if recv_content:
# 有数据，调用请求处理代码
print("处理请求")
else:
# 客户端断开时，服务器也关闭连接
client_socket.close()
# 将已关闭的链接提出列表
client_socket_list.remove(client_socket)
# 关闭整个SOCKET
tcp_server_socket.close()
上面代码只有主干部分（省略了请求处理部分），主要是说明在单进程单线程情况下，如何将accept和recv分开，并且都用非阻塞的方式来处理，这样每次查看是否有客户端链接进来的时候，都会去检查所有已链接的socket是否有数据发送过来。
注意：socket.recv(1024)一定要给参数，读取的字节数。否则会一直报异常。
在这种方式中，我们使用单进程单线程模拟了并发处理socket连接的功能，但这些socket连接的处理不是并行的。当一个socket处理数据时间比较长时，也会造成整个程序的等待。
五、短连接和长连接
在第四节中，我们使用单进程单线程非阻塞的形式实现了并发处理socket连接。其中省略了实际处理的部分，我们将其补充上：
import socket
import time
import re
def handle_request(new_socket, recv_msg):
# 从请求中解析出URI
recv_lines = recv_msg.splitlines()
# 使用正则表达式提取出URI
ret = re.match(r"[^/]+(/[^ ]*)", recv_lines[0])
if ret:
# 获取URI字符串
file_name = ret.group(1)
# 如果URI是/，则默认返回index.html的内容
if file_name == "/":
file_name = "/index.html"
try:
# 根据请求的URI，读取相应的文件
fp = open("." + file_name, "rb")
except:
# 找不到文件，响应404
response_msg = "HTTP/1.1 404 NOT FOUND\\r\\n"
response_msg += "\\r\\n"
response_msg += "<h1>----file not found----</h1>"
new_socket.send(response_msg.encode("utf-8"))
else:
html_content = fp.read()
fp.close()
response_body = html_content
# 响应正确 200 OK
response_header = "HTTP/1.1 200 OK\\r\\n"
response_header += "Content-Length:%d\\r\\n" % len(response_body)
response_header += "\\r\\n"
response = response_header.encode("utf-8") + response_body
# 返回响应数据
new_socket.send(response)
def main():
# 创建TCP SOCKET实例
tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# # 设置重用地址
# tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
# 绑定地址（默认本机IP）和端口
tcp_server_socket.bind(("", 7890))
# 监听
tcp_server_socket.listen(128)
# 将accept设置为非阻塞,这里设置一次，后面不管调多少次accept都是非阻塞的
tcp_server_socket.setblocking(False)
# 定义一个列表，将每次连接的socket加入该列表
client_socket_list = list()
# 循环接收客户端连接
while True:
time.sleep(0.5)
try:
new_socket, client_addr = tcp_server_socket.accept()
except Exception as ret:
# 当没有客户端链接的时候，抛出异常
pass
else:
print("一个新的客户端连接。。。。")
# 当有客户端链接的时候
# 将new_socket.recv()设置为非阻塞的
new_socket.setblocking(False)
# 将new_socket加入列表
client_socket_list.append(new_socket)
print(client_socket_list.__len__())
# 遍历socket列表，检查每一个socket是否有数据到达，或者客户端是否断开
for client_socket in client_socket_list:
try:
recv_content = client_socket.recv(1024).decode("utf-8")
except Exception as ret:
# 异常，表示该客户端没有发数据过来
pass
else:
# 正常，表示客户端发了数据，或者客户端断开连接（断开连接会导致recv正常返回）
if recv_content:
# 有数据，调用请求处理代码
handle_request(client_socket, recv_content)
else:
# recv正常返回，且数据为空，表示客户端断开了链接
# 将该socket踢出列表
client_socket_list.remove(client_socket)
# 服务器也关闭连接
client_socket.close()
# 关闭整个SOCKET
tcp_server_socket.close()
if __name__ == "__main__":
main()
特别注意的是，在请求处理函数handle_request中，我们将请求内容作为参数一并传递进去。然后在返回200 OK的时候，在响应头中添加了Content-Length字段，这个字段用于告诉客户端，此次发送的响应体有多大。当客户端收完指定大小的数据，就认为这次服务器发送的数据已经发送完毕。他就可以继续发送下一个新的请求。
在handle_request中可以看到，new_socket.close()已经被删除，也就是说服务器不会自动关闭连接，而直到客户端断开连接之前，服务器都保持长连接。断开连接由客户端来发起。
以上是关于Python来实现并发的Web Server，其中采用了多进程多线程协程单进程单线程非阻塞的方式的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章