利用select实现伪并发的socket

使用socket模块可以实现程序之间的通信，但是server在同一时刻只能和一个客户端进行通信，如果要实现一个server端可以和多个客户端进行通信可以使用

1.多线程

2.多进程

3.select I/O多路复用

来实现服务器端和多个客户端进行通信，本文将会介绍使用select实现伪并发。

I/O多路复用指：通过一种机制，可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。I/O多路复用的好处就在于单个process就可以同时处理多个网络连接的IO。它的基本原理就是select /epoll这个function会不断的轮询所负责的所有socket，当某个socket有数据到达了，就通知用户进程。

小试牛刀：利用select监听终端输入

#!/usr/bin/env python
#-*- coding:utf-8 -*-
import sys
import select
import time

while True:
    readable,writeable,errable = select.select([sys.stdin,],[],[],5)
    print readable
    print type(readable)
    if sys.stdin in readable:
        print "you input: ",sys.stdin.readline()

监听终端输入

执行结果：

select.select()方法的参数解释：

句柄列表11, 句柄列表22, 句柄列表33 = select.select(句柄序列1, 句柄序列2, 句柄序列3, 超时时间)

参数： 可接受四个参数（前三个必须）
返回值：三个列表

select方法用来监视文件句柄，如果句柄发生变化，则获取该句柄。
1、当 参数1 序列中的句柄发生可读时（accetp和read），则获取发生变化的句柄并添加到 返回值1 序列中
2、当 参数2 序列中含有句柄时，则将该序列中所有的句柄添加到 返回值2 序列中
3、当 参数3 序列中的句柄发生错误时，则将该发生错误的句柄添加到 返回值3 序列中
4、当 超时时间 未设置，则select会一直阻塞，直到监听的句柄发生变化
5、当 超时时间 ＝ 1时，那么如果监听的句柄均无任何变化，则select会阻塞 1 秒，之后返回三个空列表，如果监听的句柄有变化，则直接执行。

由此解释以上代码的执行结果：

1.程序将sys.stdin句柄写入到了select.select()方法的第一个句柄序列中，所以sys.stdin句柄将会被select监听着

2.一旦sys.stdin这个句柄发生了变化，select.select（）方法将会返回一个列表，这个列表中包含了变化的句柄，这个列表就是readable

3.判断sys.stdin是否在这个列表中，在的话就执行下边的语句

4.select.select的第四个参数是超时时间，如果3秒内没有文件句柄发送变化，就返回空的列表

5.超时时间select.select方法的第四个参数为3

利用selct监听socket

#!/usr/bin/env python
#-*- coding:utf-8 -*-
import select
import socket

sk = socket.socket()
ip_port = ("127.0.0.1",7777)
sk.bind(ip_port)
sk.listen(5)
sk.setblocking(False)

while True:
    readable,writeable,errable = select.select([sk,],[],[],1)
    for s in readable:
        cnn,add = s.accept()
        cnn.sendall("欢迎")
 #       data = cnn.recv(1024)
        print add

select监听socket

利用select监听多个端口

#!/usr/bin/env python
#-*- coding:utf-8 -*-
import select
import socket

sk1 = socket.socket()
ip_port = ("127.0.0.1",7777)
sk1.bind(ip_port)
sk1.listen(5)
sk1.setblocking(False)

sk2 = socket.socket()
ip_port = ("127.0.0.1",7778)
sk2.bind(ip_port)
sk2.listen(5)
sk2.setblocking(False)

while True:
    readable,writeable,errable = select.select([sk1,sk2,],[],[],1)
    for s in readable:
        cnn,add = s.accept()
        cnn.sendall(repr(add))
        print add

select监听多个端口的socket

----------------------------------------------------------我是分割线---------------------------------------------------------------------

以上的内容其实只是为了演示select能够监听变化文件描述符的功能，下面的才是使用select的妙处所在

利用select同时和多个客户端进行交互

#/usr/bin/env python
#-*- coding:utf-8 -*-
import time
import socket
import select
#创建socket对象
sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
sk.setsockopt
#设置监听的IP与端口
sk.bind(('127.0.0.1',6666))
#设置client最大等待连接数
sk.listen(5)
sk.setblocking(False) #这里设置setblocking为Falseaccept将不在阻塞，但是如果没有收到请求就会报错
inputs = [sk,] #将sk这个对象加入到列表中，并且赋值给inputs
#原因：看上例conn是客户端对象，客户是一直连接着呢，连接的时候状态变了，连接上之后，连接上之后，还是服务端的socket 有关吗？
#是不是的把他改为动态的？

while True:
    readable_list, writeable_list, error_list = select.select(inputs,[],[],1)  #把第一个参数设为列表动态的添加
    time.sleep(2) #测试使用
    print "inputs list :",inputs     #打印inputs列表，查看执行变化
    print "file descriptor :",readable_list #打印readable_list ，查看执行变化

    for r in readable_list:
        if r == sk:  #这里判断，如果是客户端连接过来的话他不是sk，如果是服务端的socket连接过来的话是sk
            conn,address = r.accept()
            inputs.append(conn)
            print address
        else:
        #如果是客户端，接受和返回数据
            client_data = r.recv(1024)
            r.sendall(client_data)

select socket server - server

server

#!/usr/bin/env python
#-*- coding:utf-8 -*-

import socket

client = socket.socket()
client.connect(('127.0.0.1',6666))
client.settimeout(5)

while True:
    client_input = raw_input('please input message:').strip()
    client.sendall(client_input)
    server_data = client.recv(1024)
    print server_data

select socket server - client

client

交互过程详解：

#1  默认，sk这个对象文件句柄就在inputs列表中select监听客户端的请求，当有客户端请求过来 client1 ---> server
#用户捕获了变化readable_list = [sk,]  那么循环是有值得，判断r = sk 说明是一个新的请求链接，然后把client链接加入到inputs里 inputs = [sk,conn1,]
#如果现在什么都不做，那么select无法捕获到变化：readable_list = []
#执行看下：
inputs list : [<socket._socketobject object at 0x0000000002C66798>] #默认inputs list 就有一个server socket sk 对象
file descriptor : [<socket._socketobject object at 0x0000000002C66798>]  #当有客户端请求过来时候，sk发生了变化，select捕获到了
('127.0.0.1', 62495)
inputs list : [<socket._socketobject object at 0x0000000002C66798>, <socket._socketobject object at 0x0000000002C66800>]  #第二次循环的时候，inputs = [sk,conn1,]
file descriptor : [] #第二次循环的时候readable_list = [] 因为客户端没有做任何操作，没有捕获到变化所以为空

#2 又有一个新的链接过来了，谁变化了？  sk 他变化了，有人向他发起了一个请求链接，那么现在inputs = [sk,conn1,conn2]  readable_list = [sk]
#本次循环完成之后再循环的时候 inputs = [sk,conn1,conn2,]  readable_list = [] 因为我们没有继续做操作

#第一个链接
inputs list : [<socket._socketobject object at 0x0000000002C56798>]  #默认只有一个对象
file descriptor : []
inputs list : [<socket._socketobject object at 0x0000000002C56798>]
file descriptor : [<socket._socketobject object at 0x0000000002C56798>] #当捕获到，判断是否是新链接，如果是加入到inputs列表中监控
('127.0.0.1', 62539)
inputs list : [<socket._socketobject object at 0x0000000002C56798>, <socket._socketobject object at 0x0000000002C56800>]  #inputs列表变更为了[sk,conn1]
file descriptor : []  #因为没有后续的操作，这里没有捕获到异常所以列表为空

#第二个链接
inputs list : [<socket._socketobject object at 0x0000000002C56798>, <socket._socketobject object at 0x0000000002C56800>]  #第一个链接没有做任何操作
file descriptor : [<socket._socketobject object at 0x0000000002C56798>] #第二个链接过来了被捕获到，判断是否为新链接
('127.0.0.1', 62548)
inputs list : [<socket._socketobject object at 0x0000000002C56798>, <socket._socketobject object at 0x0000000002C56800>, <socket._socketobject object at 0x0000000002C56868>] #加入到inputs列表中
file descriptor : []
inputs list : [<socket._socketobject object at 0x0000000002C56798>, <socket._socketobject object at 0x0000000002C56800>, <socket._socketobject object at 0x0000000002C56868>]
file descriptor : []
inputs list : [<socket._socketobject object at 0x0000000002C56798>, <socket._socketobject object at 0x0000000002C56800>, <socket._socketobject object at 0x0000000002C56868>]
file descriptor : []

process

优化点一：当某一个客户端断开连接之后，该客户端的socket描述符还是在服务端的监听列表中的，能不能将已经断开连接的客户端的socket描述符删除掉？

#/usr/bin/env python
#-*- coding:utf-8 -*-
import time
import socket
import select
#创建socket对象
sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
sk.setsockopt
#设置监听的IP与端口
sk.bind(('127.0.0.1',6666))
#设置client最大等待连接数
sk.listen(5)
sk.setblocking(False) #这里设置setblocking为Falseaccept将不在阻塞，但是如果没有收到请求就会报错
inputs = [sk,] #将sk这个对象加入到列表中，并且赋值给inputs
#原因：看上例conn是客户端对象，客户是一直连接着呢，连接的时候状态变了，连接上之后，连接上之后，还是服务端的socket 有关吗？
#是不是的把他改为动态的？

while True:
    readable_list, writeable_list, error_list = select.select(inputs,[],[],1)  #把第一个参数设为列表动态的添加
    time.sleep(2) #测试使用
    print "inputs list :",inputs     #打印inputs列表，查看执行变化
    print "file descriptor :",readable_list #打印readable_list ，查看执行变化

    for r in readable_list:
        if r == sk:  #这里判断，如果是客户端连接过来的话他不是sk，如果是服务端的socket连接过来的话是sk
            conn,address = r.accept()
            inputs.append(conn)
            print address
        else:
        #如果是客户端，接受和返回数据
            client_data = r.recv(1024)
            if client_data:
                r.sendall(client_data)
            else:
                inputs.remove(r)#如果没有收到客户端端数据，则移除客户端句柄 因为，不管是正常关闭还是异常关闭，client端的系统底层都会发送一个消息

select socket server - server release client-connect

server

优化点二：假如说我们需要将客户端发来的数据写入到数据库中，不同客户端发来的消息要存放在不同的表中，那怎么办？

　　难点：

　　　　1.我们并不知道消息和客户端的对应关系

　　　  2.假如说在同一时间发送了大量的消息，来不及写怎么办？

解决这一问题我们需要引入一个新的数据结构-------> Queue（队列）

#!/usr/bin/env python
#-*- coding:utf-8 -*-
__author__ = 'luo_t'
import select
import socket
import Queue
import time

sk = socket.socket()
sk.bind(('127.0.0.1',6666))
sk.listen(5)
sk.setblocking(False) #定义非阻塞
inputs = [sk,]  #定义一个列表，select第一个参数监听句柄序列,当有变动是，捕获并把socket server加入到句柄序列中
outputs = [] #定义一个列表，select第二个参数监听句柄序列，当有值时就捕获，并加入到句柄序列
message = {}
#message的样板信息
#message = {
#    'c1':队列，[这里存放着用户C1发过来的消息]例如:[message1,message2]
#    'c2':队列，[这里存放着用户C2发过来的消息]例如:[message1,message2]
#}

while True:
    readable_list, writeable_list, error_list = select.select(inputs,outputs,[],1)
    #文件描述符可读 readable_list    只有第一个参数变化时候才捕获，并赋值给readable_list
    #文件描述符可写 writeable_list   只要有值，第二个参数就捕获并赋值给writeable_list
    #time.sleep(2)
    print 'inputs:',inputs
    print 'output:'
    print 'readable_list:',readable_list
    print 'writeable_list:',writeable_list
    print 'message',message
    for r in readable_list: #当readable_list有值得时候循环
        if r == sk:  #判断是否为链接请求变化的是否是socket server
            conn,addr = r.accept() #获取请求
            inputs.append(conn) #把客户端对象（句柄）加入到inputs里
            message[conn] = Queue.Queue() #并在字典里为这个客户端连接建立一个消息队列
        else:
            client_data = r.recv(1024) #如果请求的不是sk是客户端接收消息
            if client_data:#如果有数据
                outputs.append(r)#把用户加入到outpus里触发select第二个参数
                message[r].put(client_data)#在指定队列中插入数据
            else:
                inputs.remove(r)#没有数据，删除监听链接
                del message[r] #当数据为空的时候删除队列~~
    for w in writeable_list:#如果第二个参数有数据
        try:
            data = message[w].get_nowait()#去指定队列取数据 并且不阻塞
            w.sendall(data) #返回请求输入给client端
        except Queue.Empty:#反之触发异常
            pass
        outputs.remove(w) #因为第二个参数有值得时候就触发捕获值，所以使用完之后需要移除它
        #del message[r]
    print '%s' %('-' * 40)

select socket server - server read | write separation

读写分离的版本

总结：

使用select() 的事件驱动模型只用单线程（进程）执行，占用资源少，不消耗太多 CPU，同时能够为多客户端提供服务。如果试图建立一个简单的事件驱动的服务器程序，这个模型有一定的参考价值。
但这个模型依旧有着很多问题。首先select()接口并不是实现“事件驱动”的最好选择。因为当需要探测的句柄值较大时，select()接口本身需要消耗大量时间去轮询各个句柄。很 多操作系统提供了更为高效的接口，如linux提供了epoll，BSD提供了queue，Solaris提供了/dev/poll，…。如果需要实现 更高效的服务器程序，类似epoll这样的接口更被推荐。遗憾的是不同的操作系统特供的epoll接口有很大差异，所以使用类似于epoll的接口实现具 有较好跨平台能力的服务器会比较困难。
    其次，该模型将事件探测和事件响应夹杂在一起，一旦事件响应的执行体庞大，则对整个模型是灾难性的。如下例，庞大的执行体1的将直接导致响应事件2的执行体迟迟得不到执行，并在很大程度上降低了事件探测的及时性。

I/O多路复用的使用场景

#（1）当客户处理多个描述字时（一般是交互式输入和网络套接口），必须使用I/O复用。
#（2）当一个客户同时处理多个套接口时，而这种情况是可能的，但很少出现。
#（3）如果一个TCP服务器既要处理监听套接口，又要处理已连接套接口，一般也要用到I/O复用。
#（4）如果一个服务器即要处理TCP，又要处理UDP，一般要使用I/O复用。
#（5）如果一个服务器要处理多个服务或多个协议，一般要使用I/O复用。
'''与多进程和多线程技术相比，I/O多路复用技术的最大优势是系统开销小，系统不必创建进程/线程，也不必维护这些进程/线程，从而大大减小了系统的开销。'''

参考资料：

http://www.cnblogs.com/luotianshuai/p/5098408.html