Python Day8

Posted 2020-09-20

 

一、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】

 

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python提供两个socket模块：

1.socket：提供了标准的 BSD Sockets API。

2. socketserver：它提供了服务器中心类，可以简化网络服务器的开发。

socket通讯过程：

socket_server:

 1 import socket
 2 
 3 server = socket.socket()
 4 server.bind(("localhost", 6969))  # 绑定要监听的端口
 5 server.listen()  # 监听
 6 print("服务器启动!")
 7 while True:
 8     print("等待客户端连接！")
 9     conn, addr = server.accept()  # 等电话进来
10     print("客户端%s已连接！" % addr[0])
11     conn.send("Welcome Breakering Server!".encode("utf-8"))
12     while True:
13         try:
14             data = conn.recv(1024)
15             print("recv:", data.decode())
16             conn.send(data.upper())
17         except ConnectionResetError as e:
18             print(e)
19             break

socket_client:

 1 import socket
 2 
 3 client = socket.socket()  # 声明socket类型，同时生成socket连接对象
 4 client.connect(("localhost", 6969))
 5 print(client.recv(1024).decode())
 6 while True:
 7     msg = input(">>:").strip()
 8     if len(msg) == 0:
 9         continue
10     client.send(msg.encode("utf-8"))
11     data = client.recv(1024)
12     print(data.decode("utf-8"))

 

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socket模块使用：

socket对象：

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

参数一：地址簇

参数	描述
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

参数	描述
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

参数	描述
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

socket中基本方法

方法	描述
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。
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。
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()	关闭套接字连接
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。
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

 

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 二、SocketServer   

为了简化socket的开发，socketserver提供了多种socket服务器模块，关系如下：

+------------+

| BaseServer |

+------------+

        |

        v

+-----------+           +------------------+

| TCPServer |------->| UnixStreamServer |

+-----------+           +------------------+

         |

         v

+-----------+            +--------------------+

| UDPServer |------->| UnixDatagramServer |

+-----------+            +--------------------+

SocketServer内部使用IO多路复用、以及 “多线程” 和 “多进程”（后续篇章会提到），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。

socketserver_server:

 1 import socketserver
 2 
 3 class MyTCPHandler(socketserver.BaseRequestHandler):
 4 
 5     def handle(self):
 6         while True:
 7             try:
 8                 self.data = self.request.recv(1024).strip()
 9             except ConnectionResetError as e:
10                 print(e)
11                 break
12             print("{} wrote:", self.client_address[0])
13             print(self.data)
14             self.request.send(self.data.upper())
15 
16 if __name__ == ‘__main__‘:
17     HOST, PORT = "localhost", 9999
18     server = socketserver.TCPServer((HOST, PORT), MyTCPHandler)
19     server.serve_forever()

socketserver_client:

 1 import socket
 2 
 3 client = socket.socket()
 4 client.connect(("localhost", 9999))
 5 
 6 while True:
 7     data = input(">>>:").strip()
 8     if len(data) == 0:
 9         continue
10     client.send(data.encode("utf-8"))
11     msg_from_server = client.recv(1024)
12     print(msg_from_server)

 

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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

 

ThreadingTCPServer:

 1 import socketserver
 2 
 3 class MyTCPHandler(socketserver.BaseRequestHandler):
 4 
 5     def handle(self):
 6         while True:
 7             try:
 8                 self.data = self.request.recv(1024).strip()
 9             except ConnectionResetError as e:
10                 print(e)
11                 break
12             print("{} wrote:", self.client_address[0])
13             print(self.data)
14             self.request.send(self.data.upper())
15 
16 if __name__ == ‘__main__‘:
17     HOST, PORT = "localhost", 9999
18     server = socketserver.ThreadingTCPServer((HOST, PORT), MyTCPHandler)
19     server.serve_forever()

Client:

 1 import socket
 2 
 3 client = socket.socket()
 4 client.connect(("localhost", 9999))
 5 
 6 while True:
 7     data = input(">>>:").strip()
 8     if len(data) == 0:
 9         continue
10     client.send(data.encode("utf-8"))
11     msg_from_server = client.recv(1024)
12     print(msg_from_server)

 

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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

BaseRequestHandler

SocketServer的ThreadingTCPServer之所以可以同时处理请求得益于 select 和 Threading 两个模块，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，可以支持同时多个个客户端连接。

 

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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”。