socket

  整个计算机网络是由协议构成,想要通信必须遵守对应的协议,如Web中的http协议、传输协议TCP和UDP等等。在网络工程师的眼中,可能现在网络上的一切都是socket,一切皆socket,我们一般接触到的是应用层应用程序,本质上两个应用想通信,则必须通过socket实现通信,socket直接和传输层后下面的底层网络协议打交道(socket本身让我们直接与TCP打交道),底层socket已经建立好则可以互相通信。互联网现在主流的网络层协议是IPv4,IPv6是下一代网络层协议但不主流,IPv6解决的是IPv4地址耗尽的问题,其实为了应对IPv4资源少的问题产生了局域网和网关。

网络模型

  其发展过程,是一次解决需求的迭代过程。当计算机刚发明并投入使用,两台计算机想实现点对点通信,于是产生了数据链路层,当加入更多的计算机实现通信的时候,就产生了网络层,实现通信还不能满足需求,需要通过网络传输数据,则产生了传输层,对于可靠性的需求产生了TCP和UDP两种传输协议,不同的用户有不同的需求,于是应用层就被划分出来了。用户在应用层使用各种app,数据依次往下组包直至物理层发送到网络,接收数据则往上拆包得到最终数据。本质上是需求推动了网络层次的产生,当前把网络七层模型中的会话、表示、应用层统称为应用层。

  应用层      文件传输、文件服务、电子邮件 http ftp smtp dns
  传输层      通过端对端的接口 TCP UDP
  网络层      为数据包选择路由 IP ICMP
  数据链路层    传输有地址的帧、错误检测功能 ARP
  物理层      物理媒体

北门吹雪:http://www.cnblogs.com/2bjiujiu/

  

一般建立在socket上通信的应用都采用C/S模型,这里来理清C/S架构

客户端:

  需要申明协议、请求建立连接、发送和接收数据、关闭连接这些过程

  

服务端:

  申明协议实例监听者(来源三体)、绑定监听IP和端口、启动监听者监听、建立连接、接收和发送数据、断开连接这些过程

  # 下面这个是单线程服务端监听者实例过程

    

客户端实例实现过程

import socket
import time def beimenchuixue_client():
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1', 8000))
while True:
data = input("北门吹雪:")
if not data.strip():
continue
client.send(data.encode('utf-8'))
response = client.recv(1024)
print(response.decode('utf-8')) if __name__ == '__main__':
print("北门吹雪: http://www.cnblogs.com/2bjiujiu/")
while True:
# 一个小重启
try:
beimenchuixue_client()
except ConnectionResetError as e:
time.sleep(2)

单线程客户端监听者实例实现过程

import socket

def beimenchuixue_alone_socket():
listener = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
listener.bind(('0.0.0.0', 8000))
listener.listen()
while True:
conn, remote_address = listener.accept()
print("%s:%s 建立连接" % remote_address)
while True:
# 处理客户端端口异常
try:
data = conn.recv(1024).decode("utf-8")
except ConnectionResetError as e:
print("%s:%s 断开连接" % remote_address)
conn.close()
break
conn.send(bytes(data.upper(), encoding='utf-8')) if __name__ == '__main__':
print("北门吹雪: http://www.cnblogs.com/2bjiujiu/")
beimenchuixue_alone_socket()

  #  这个服务端实现了把小写转换为大写的服务,其他客户端连接来需要排队等待正在处理的客户端断开请求,也就是其他客户端进入堵塞状态

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多线程或协程处理连接请求架构图

    

  线程处理连接架构图

  

多线程客户端监听者实例实现过程

import socket
from threading import Thread def beimenchuixue_handler(conn, remote_address):
"""线程处理处理每个连接"""
# 处理客户端断开异常
while True:
try:
data = conn.recv(1024).decode("utf-8")
except ConnectionResetError as e:
print("%s:%s 断开连接" % remote_address)
break
conn.send(bytes(data.upper(), encoding='utf-8'))
conn.close() def beimenchuixue_socket():
listener = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
listener.bind(('0.0.0.0', 8000))
listener.listen()
while True:
conn, remote_address = listener.accept()
print("%s:%s 建立连接" % remote_address)
handler = Thread(target=beimenchuixue_handler, args=(conn, remote_address))
handler.start() if __name__ == '__main__':
print("北门吹雪: http://www.cnblogs.com/2bjiujiu/")
beimenchuixue_socket()

面向对象方式写多线程socket

import socket
from threading import Thread class BeiMenChuiXueHandle(Thread):
def __init__(self, conn, remote_address):
super().__init__()
self.conn = conn
self.remote_address = remote_address def run(self):
while True:
try:
data = self.conn.recv(1024).decode("utf-8")
except ConnectionResetError as e:
print("北门吹雪")
print("%s:%s 断开连接" % self.remote_address)
break
self.conn.send(bytes(data.upper(), encoding='utf-8'))
self.conn.close() class BeiMenChuiXueHandleSocket:
def __init__(self):
self.listener = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) def _handle(self, conn, remote_address):
handler = BeiMenChuiXueHandle(conn, remote_address)
handler.start() def socket_run(self, ip, port):
self.listener.bind((ip, port))
self.listener.listen()
while True:
conn, remote_address = self.listener.accept()
print("北门吹雪")
print("%s:%s 建立连接" % remote_address)
self._handle(conn, remote_address) if __name__ == '__main__':
listener = BeiMenChuiXueHandleSocket()
listener.socket_run(ip='0.0.0.0', port=8000)

  

协程方式写socket(需要安装协程模块gevent,在Python3.5版本中本身就支持协程语义async await)

import socket
import gevent from gevent import monkey class BeiMenChuiXueSocket:
def __init__(self, ip, port):
# 自动标记堵塞,要放到所有堵塞实例之前
monkey.patch_all()
self.listener = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
self.ip = ip
self.port = port def _handler(self, conn, remote_address):
while True:
try:
data = conn.recv(1024).decode("utf-8")
except ConnectionResetError as e:
print("北门吹雪")
print("%s:%s 断开连接" % remote_address)
break
conn.send(bytes(data.upper(), encoding='utf-8'))
conn.close() def forever_run(self):
self.listener.bind((self.ip, self.port))
self.listener.listen()
while True:
conn, remote_address = self.listener.accept()
print("北门吹雪")
print("%s:%s 建立连接" % remote_address)
# 启动协程处理连接
gevent.spawn(self._handler, conn, remote_address) if __name__ == '__main__':
beimenchuixue = BeiMenChuiXueSocket('0.0.0.0', 8000)
beimenchuixue.forever_run()

  

经验:

  1. socket是网络最为基础的通信方式,也是上层应用的通信基础

  2. 服务端为了同时响应多个请求则可以选择进程、线程、协程等多种方式处理连接进来的请求,一般选择线程或协程

  3. CPython由于GIL保证一颗核只能在同一时刻跑一个线程,多进程在某种意义上只是开启了多个线程,而进程开销这么大,不是好方法,也就是说对Python的异步编程还是要使用线程或者协程进行

  4. Python线程、协程只适于IO密集型,不适用CPU密集型,由于GIL的存在本质上是个单线程

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