Python高级网络编程系列之第三篇

　　在高级篇二中，我们讲解了5中常用的IO模型，理解这些常用的IO模型，对于编写服务器程序有很大的帮助，可以提高我们的并发速度！因为在网络中通信主要的部分就是IO操作。在这一篇当中我们会重点讲解在第二篇当中提到的IO复用模型，即select机制。其实select机制有一些缺陷，后来产生了一种更加高效的机制epoll，稍后会讲解！

一、select机制

　　1. 原理：select可以理解成一个监听器，可以监听多个文件描述符。当某个文件描述符的状态发生改变了(可读/可写)，操作系统就会发送消息给应用程序，去处理数据。

　　2. 优点：几乎所有平台都支持，跨平台支持性较好。

　　3. 缺点：

　　　　(1). 当个进程/线程可监视的文件描述符数量有限制。

　　　　(2). 对文件描述符的扫描是线性的，采用轮询的方式，每次都是从头一直扫描到结尾，当文件描述符的列表变大时，会相当浪费时间和CPU

　　　　(3). 把包含大量文件描述符的数组从内核空间拷贝到用户空间，当数组小的时候可能还好，但是随着数组的增大会变得很浪费资源。

　　4. 水平触发：

　　　　当select()把状态发生变化的文件描述符报告给进程之后，如果进程没有进行任何处理，那么下次select()还会报告这些文件描述符。

二、epoll

　　epoll可以看成是select/poll(本质就是select)的加强版，打破了很多select的约束，以及添加了一些其他的功能！

　　1. 为什么epoll效率很高呢？

　　　　epoll最大的特点是只告诉服务器有哪些文件描述符(fd)发生了变化。如果服务器不去处理相应的fd，那么操作系统就会把这个fd丢弃，不再给服务器发送消息(边缘触发)！除此之外，epoll是采用事件监听的方式通知，这也是epoll的魅力所在！

　　2.原理：

　　　　

　　　　(1). 注册在epoll中的文件描述符，操作系统的事件监听会去监听文件描述符集合(fd_set)

　　　　(2). 如果有fd发生了变化，那么事件监听会向操作系统报告发生变化的fd

　　　　(3). 操作系统会给服务器发送消息，通知它你关注的fd有变化，去处理吧

　　　　(4). 此时服务器就去共享内存中读取数据了！

　　3. 优点：

　　　　(1). 没有最大连接数的限制。

　　　　(2). 不采用轮询的方式去处理fd，而是采用事件监听的方式，即哪个fd有事件发生，OS通知服务器使用相应的回调函数来处理fd

　　　　(3). 内存拷贝：当有数据到来时，操作系统会给服务器发送通知去处理数据。通过采用共享内存的方式加快用户空间与内核空间消息的传递速度。

　　4. 误区：

　　　　并不是在任何情况下，epoll都要比select/poll高效，只有当很多连接请求到来时才会很高效！

三、epoll编程模型

　　(1). 创建1个epoll对象

　　(2). 告诉epoll对象，在指定的fd上监听指定的事件

　　(3). 询问epoll对象，自从上次查询后，哪些fd上发生了哪些事件　　

　　(4). 在这些fd上执行一些操作

　　(5). 告诉epoll对象，修改fd列表或注册事件，并监控

　　(6). 重复步骤3-5，直到完成

　　(7). 销毁epoll对象

　　

四、代码实现

 """
 利用非阻塞和epoll来实现一个服务器
 """
 import socket

 import select

 class WebServer:
     """定义一个web服务器"""

     def __init__(self):
         # 1.创建TCP 服务器
         self.tcp_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
         # 复用端口
         self.tcp_server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
         # 2.绑定端口
         self.tcp_server.bind(('', 6767))
         # 3.设为被动套接字
         self.tcp_server.listen(128)

     def run(self):
         """运行一个服务器"""
         #1.把服务器设置为非阻塞模式
         self.tcp_server.setblocking(False)
         #2.创建一个epoll对象并为服务器注册一个可接受连接的事件
         epoll = select.epoll()
         epoll.register(self.tcp_server.fileno(), select.EPOLLIN)
         client_dict = dict() # 让fd与client建立关联
         #3.服务器接受客户端的请求
         while True:
             # 4.监听epoll中哪个fd发生了什么事件
             epoll_list = epoll.poll()
             for fd, event in epoll_list:
                 if fd == self.tcp_server.fileno():
                     # 有客户端来连接被动套接字服务器
                     client, addr = self.tcp_server.accept()
                     # print(addr)
                     # 把客户端注册到epoll中
                     epoll.register(client.fileno(), select.EPOLLIN)
                     # 把客户端和客户端对应的fd添加到client字典中去
                     client_dict[client.fileno()] = client
                 else:
                     # 有客户端发送数据过来,但是该如何去获得这个客户端呢？
                     data = client_dict[fd].recv(1024).decode('utf-8')
                     if data:
                         # 说明客户端发送数据过来了
                         print(data)
                         client_dict[fd].send('我已经收到你的数据了！\n'.encode('utf-8'))
                     else:
                         # 说明客户端已经关闭了
                         client_dict[fd].close()

                         client_dict.popitem()
                         # 需要把该客户端注册的事件取消掉
                         epoll.unregister(fd)

             # 遍历client字典中每个客户端对应的fd
             for item in client_dict.items():

                 print('fd:{}--->addr:{}'.format(item[0], item[1]))
                 print('-'*50)
         # 关闭服务器
         self.tcp_server.close()

 def main():
     #1.初始化一个TCP服务器
     server = WebServer()
     #2.运行一个服务器
     server.run()

 if __name__ == '__main__':
     main()