socket--接受大数据

一、简单ssh功能

　　1.1 实现功能

　　在前面的一篇博客中，我们已经实现了一个简单的类似Linux服务器ssh功能的小程序，可以输入系统命令来返回命令运行结果，今天我们也以此开始，看看socket如何来接受大量数据。

　　服务端：

# -*- coding: UTF-8 -*-

import os

import socket

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # TCP/IP协议, tcp ,如果不填写就是默认这个

server.bind(('localhost', 9999))

server.listen()

while True:  # 可以接受多个客户端

    conn, addr = server.accept()

    while True:

        data = conn.recv(1024)

        if not data:   # 防止当接受的客户端数据为空时,程序卡掉

            print('client has lost...')

            break

        print('执行命令:', data.decode())

        cmd_res = os.popen(data.decode()).read()

        if len(cmd_res) == 0:

            print('command not found')

        else:

            # 发送数据

            conn.send('{}'.format(cmd_res).encode('utf-8'))

            print('发送完成')

　　客户端：

# -*- coding: UTF-8 -*-

import socket

client = socket.socket()

client.connect(('localhost', 9999))

while True:

    cmd = input('>>:').strip()

    # 判断是否发送空数据,如果是就重新发送

    if len(cmd) == 0:

        continue

    else:

        client.send(cmd.encode('utf-8'))

        receive_data = client.recv(1024) # 接受的数据是bytes类型

        print(receive_data.decode('utf-8', 'ignore'))   # 不加ignore在windows有时会报错

　　运行结果：

　　我们运行两个命令都是正常的，看起来不错，能实现命令的输入和结果的输出

　　1.2 出现的问题

　　我们接着往下看，会出现什么问题？既然是接收大量数据，那就返回的数据量大一些

　　看上去也没有问题，但是我们接下来继续执行命令

　　显然出错了，命令dir返回的不是目录里面的信息，而是上一次ipconfig/all的部分信息，why?

二、Socket 缓冲区

　　2.1 什么是socket缓冲区

　　每个 socket 被创建后，都会分配两个缓冲区，输入缓冲区和输出缓冲区。

　　write()/send() 并不立即向网络中传输数据，而是先将数据写入缓冲区中，再由TCP协议将数据从缓冲区发送到目标机器。一旦将数据写入到缓冲区，函数就可以成功返回，不管它们有没有到达目标机器，也不管它们何时被发送到网络，这些都是TCP协议负责的事情。

　　TCP协议独立于 write()/send() 函数，数据有可能刚被写入缓冲区就发送到网络，也可能在缓冲区中不断积压，多次写入的数据被一次性发送到网络，这取决于当时的网络情况、当前线程是否空闲等诸多因素，不由程序员控制。

　　2.2 缓冲区收发数据

　　对于TCP套接字（默认情况下），当使用 write()/send() 发送数据时：
　　1) 首先会检查缓冲区，如果缓冲区的可用空间长度小于要发送的数据，那么 write()/send() 会被阻塞（暂停执行），直到缓冲区中的数据被发送到目标机器，腾出足够的空间，才唤醒 write()/send() 函数继续写入数据。

　　2) 如果TCP协议正在向网络发送数据，那么输出缓冲区会被锁定，不允许写入，write()/send() 也会被阻塞，直到数据发送完毕缓冲区解锁，write()/send() 才会被唤醒。

　　3) 如果要写入的数据大于缓冲区的最大长度，那么将分批写入。

　　4) 直到所有数据被写入缓冲区 write()/send() 才能返回。

　　当使用 read()/recv() 读取数据时：
　　1) 首先会检查缓冲区，如果缓冲区中有数据，那么就读取，否则函数会被阻塞，直到网络上有数据到来。

　　2) 如果要读取的数据长度小于缓冲区中的数据长度，那么就不能一次性将缓冲区中的所有数据读出，剩余数据将不断积压，直到有 read()/recv() 函数再次读取。

　　3) 直到读取到数据后 read()/recv() 函数才会返回，否则就一直被阻塞。

这就是TCP套接字的阻塞模式。所谓阻塞，就是上一步动作没有完成，下一步动作将暂停，直到上一步动作完成后才能继续，以保持同步性。

三、如何接受大量数据

　　3.1 解决思路

　　因为缓冲区的存在，我们在传输大量数据时不能一下子全部传输完毕！事实上和接受和发送数据量，即send(1024)/recv(1024)关系不大。并不是我们将这两个值设置的很大和可以解决问题了。因为socket每次接收和发送都有最大数据量限制的，毕竟网络带宽也是有限的呀，不能一次发太多，发送的数据最大量的限制就是缓冲区能缓存的数据的最大量，这个缓冲区的最大值在不同的系统上是不一样的，不过官方的建议是不超过8k,也就是8192。

　　那么我们就只能从另一个角度来思考了，也就是说我要来判断一下，一个命令执行后，它返回的数据到底有没有完全传输完毕，如果没有，那么就继续传输，直到传完为止。

　　3.2 解决方法

　　简单的方法就是对比接收和传输数据量的大小，如果接收的数据量等于发送的数据量，不就是传完了么？

　　so，代码如下：

　　服务端：

# -*- coding: UTF-8 -*-

import os

import socket

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # TCP/IP协议, tcp ,如果不填写就是默认这个

server.bind(('localhost', 9999))

server.listen()

while True:  # 可以接受多个客户端

    conn, addr = server.accept()

    while True:

        data = conn.recv(1024)

        if not data:   # 防止当接受的客户端数据为空时,程序卡掉

            print('client has lost...')

            break

        print('执行命令:', data.decode())

        cmd_res = os.popen(data.decode()).read()

        if len(cmd_res) == 0:

            print('command not found')

        else:

            # 服务端先将数据大小发送给客户端，用于对比

            cmd_res_length = len(cmd_res)  # int类型

            # print(len('{}'.format(cmd_res).encode('utf-8')))

            # 不先对数据编码的话,会出现中文长度统计不符。用下面注释的方法传输的数据，长度比实际短

            conn.send(str(len('{}'.format(cmd_res).encode('utf-8'))).encode('utf-8'))

            # conn.send(str(cmd_res_length).encode('utf-8'))

            # 发送数据

            conn.send('{}'.format(cmd_res).encode('utf-8'))

            print('发送完成')

　　客户端：

# -*- coding: UTF-8 -*-

import socket

client = socket.socket()

client.connect(('localhost', 9999))

while True:

    cmd = input('>>:').strip()

    # 判断是否发送空数据,如果是就重新发送

    if len(cmd) == 0:

        continue

    else:

        client.send(cmd.encode('utf-8'))

        data_size = client.recv(1024)  # 接收服务端发送的数据大小

        print(data_size)

        data_length = int(data_size.decode())

        print('返回数据大小:', data_length)

        # 定义已接收数据大小为0

        received_length = 0

        # 定义已接收数据为0

        received_data = b''

        while received_length < data_length:

            r_data = client.recv(1024)  # 接受的数据是bytes类型

            received_length += len(r_data)

            received_data += r_data

        else:

            print('接收数据大小:', received_length)

            print(received_data.decode('utf-8', 'ignore'))   # 不加ignore在windows有时会报错

            print('数据接收完毕!')

　　结果：

　　Look,问题解决了

　　中间很长不放了

四、剩余一些问题

　　4.1 数据长度不一致的问题

　　刚才提到当字符串有中文时直接用len()函数，可能会得到不一样的长度，如下例：

# ipconfig/all 中的一段内容

data = '以太网适配器 VMware Network Adapter VMnet1:'

# 不转换成utf-8格式计算长度

length = len(data)

print(length)

# 先转码在计算长度

utf_length = len(data.encode('utf-8'))

print(utf_length)

# 输出 

37

49

　　注：长度会比不编码时长中文字符个数 * 2,