10.python之socket和socketserver

1、socket介绍

socket的英文原义是“孔”或“插座”。作为BSD UNIX的进程通信机制，取后一种意思。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，可以用来实现不同虚拟机或不同计算机之间的通信。在Internet上的主机一般运行了多个服务软件，同时提供几种服务。每种服务都打开一个Socket，并绑定到一个端口上，不同的端口对应于不同的服务。Socket正如其英文原意那样，像一个多孔插座。一台主机犹如布满各种插座的房间，每个插座有一个编号，有的插座提供220伏交流电，有的提供110伏交流电，有的则提供有线电视节目。客户软件将插头插到不同编号的插座，就可以得到不同的服务

2、连接原理

根据连接启动的方式以及本地套接字要连接的目标，套接字之间的连接过程可以分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认。

（1）服务器监听：是服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字，而是处于等待连接的状态，实时监控网络状态。

（2）客户端请求：是指由客户端的套接字提出连接请求，要连接的目标是服务器端的套接字。为此，客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字，指出服务器端套接字的地址和端口号，然后就向服务器端套接字提出连接请求。

（3）连接确认：是指当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求，它就响应客户端套接字的请求，建立一个新的线程，把服务器端套接字的描述发给客户端，一旦客户端确认了此描述，连接就建立好了。而服务器端套接字继续处于监听状态，继续接收其他客户端套接字的连接请求。

案例:

1、最简单的web服务器

#！/usr/bin/env python
#coding:utf-8
#导入socket模块
import socket
#开启ip和端口
ip_port = ('127.0.0.1',8080)
#生成句柄
web = socket.socket()
#绑定端口
web.bind(ip_port)
#最多连接数
web.listen(5)
#等待信息
print ('nginx waiting...')
#开启死循环
while True:
	#阻塞
    conn,addr = web.accept()
    #获取客户端请求数据
	data = conn.recv(1024)
	#打印接受数据 注：当浏览器访问的时候，接受的数据的浏览器的信息等。
	print(data)
	#向对方发送数据
    conn.send(bytes('<h1>welcome nginx</h1>','utf8'))
	#关闭链接
	conn.close()

2.简单的聊天工具

1.service端

#！/usr/bin/env python
#coding:utf-8
 import socket
#开启ip和端口
ip_port = ('127.0.0.1',9999)
#生成一个句柄
sk = socket.socket()
#绑定ip端口
sk.bind(ip_port)
#最多连接数
sk.listen(5)
#开启死循环
while True:
    print ('server waiting...')
    #等待链接,阻塞，直到渠道链接 conn打开一个新的对象 专门给当前链接的客户端 addr是ip地址
    conn,addr = sk.accept()
    #获取客户端请求数据
    client_data = conn.recv(1024)
    #打印对方的数据
    print (str(client_data,'utf8'))
    #向对方发送数据
    conn.sendall(bytes('不要回答,不要回答,不要回答','utf8'))
    #关闭链接
    conn.close()

2)client端

#！/usr/bin/env python
#coding:utf-8
import socket
#链接服务端ip和端口
ip_port = ('127.0.0.1',9999)
#生成一个句柄
sk = socket.socket()
#请求连接服务端
sk.connect(ip_port)
#发送数据
sk.sendall(bytes('yaoyao','utf8'))
#接受数据
server_reply = sk.recv(1024)
#打印接受的数据
print (str(server_reply,'utf8'))
#关闭连接
sk.close()

3、更多功能

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 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
    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
    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
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

案例：

机器人：

1.服务端：

#!/usr/bin/env python3
#coding:utf8
import socket
#开启端口和ip
ip_port = ('127.0.0.1',8888)
#生成句柄
server = socket.socket()
#绑定ip和端口
server.bind(ip_port)
#最大连接数
server.listen(5)
while True:
    #阻塞
    conn,addr = server.accept()
    #传出数据
    conn.sendall(bytes('欢迎使用多功能机器人,请输入1','utf8'))
    Falg =True
    while Falg:
        #接受数据
        data = conn.recv(1024)
        if data == '1':
            conn.sendall(bytes('ok'))
        else:
            conn.sendall(bytes('no'))
	conn.close()

2.客户端：

#!/usr/bin/env python3
#coding:utf8
import socket
#监听端口
ip_port = ('127.0.0.1',8888)
#生成句柄
client = socket.socket()
#绑定
client.connect(ip_port)
#设置超时时间
client.settimeout(5)
while True:
    #接受数据
    data = client.recv(1024)
    #打印数据
    print(str(data,'utf8'))
    #输入
    wait = input('请输入')
    #把输入的数值进行传值
    client.sendall(wait)
    if wait == 'exit':
        break
client.close()

一.SocketServer

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。

注：导入模块的时候 3.x版本是socketserver 2.x版本是SocketServer

1.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。

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

服务端：

import SocketServer
class MyServer(SocketServer.BaseRequestHandler):
def handle(self):
    conn = self.request
    conn.sendall('我是多线程')
    Flag = True
    while Flag:
        data = conn.recv(1024)
        if data == 'exit':
            Flag = False
        elif data == '0':
            conn.sendall('您输入的是0')
        else:
            conn.sendall('请重新输入.')
if __name__ == '__main__':
server = SocketServer.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8009),MyServer)
server.serve_forever()

客户端：

 #!/usr/bin/env python
 # -*- coding:utf-8 -*-
 import socket
 ip_port = ('127.0.0.1',8009)
 sk = socket.socket()
 sk.connect(ip_port)
 while True:
     data = sk.recv(1024)
     print 'receive:',data
     inp = input('please input:')
     sk.sendall(inp)
     if inp == 'exit':
     break
 sk.close()

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）

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”。

server = socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8009),MyRequestHandler)
变更为：
server = socketserver.ForkingTCPServer(('127.0.0.1',8009),MyRequestHandler)
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）。

完毕!