用Python实现简单的服务器

socket接口是实际上是操作系统提供的系统调用。socket的使用并不局限于Python语言，你可以用C或者JAVA来写出同样的socket服务器，而所有语言使用socket的方式都类似(Apache就是使用C实现的服务器)
Web框架就是提前写好了服务器。不能跨语言的使用框架。框架的好处在于帮你处理了一些细节，从而实现快速开发，但同时受到Python本身性能的限制。我们已经看到，许多成功的网站都是利用动态语言(比如Python, Ruby或者PHP，比如twitter和facebook)快速开发，在网站成功之后，将代码转换成诸如C和JAVA这样一些效率比较高的语言，从而让服务器能更有效率的面对每天亿万次的请求。

TCP/IP和socket

socket是进程间通信的一种方法，它是基于网络传输协议的上层接口。socket有许多种类型，比如基于TCP协议或者UDP协议(两种网络传输协议)。其中又以TCP socket最为常用。TCP socket与双向管道(duplex PIPE)有些类似，一个进程向socket的一端写入或读取文本流，而另一个进程可以从socket的另一端读取或写入，比较特别是，这两个建立socket通信的进程可以分别属于两台不同的计算机，只需要通过网络链路和通信协议连同即可
TCP协议，就是规定了一些通信的守则，以便在网络环境下能够有效实现上述进程间通信过程。双向管道(duplex PIPE)存活于同一台电脑中，所以不必区分两个进程的所在计算机的地址，而socket必须包含有地址信息，以便实现网络通信。
一个socket包含四个地址信息: 两台计算机的IP地址和两个进程所使用的端口(port)。IP地址用于定位计算机，而port用于定位进程 (一台计算机上可以有多个进程分别使用不同的端口)。

TCP socket

我们可以让某台计算机作为服务器。服务器开放自己的端口，被动等待其他计算机连接我们这个port。当其他计算机作为客户，主动使用socket连接到服务器的时候，服务器就开始为客户提供服务。其实也就是二者建立了双向联通。

在Python中，我们使用标准库中的socket包来进行底层的socket编程。
首先是服务器端，我们使用bind()方法来赋予socket以固定的地址和端口，并使用listen()方法来被动的监听该端口。当有客户尝试用connect()方法连接的时候，服务器使用accept()接受连接，从而建立一个连接的socket：

server.py

import socket

# Address

HOST = '127.0.0.1'

PORT = 8000

# Configure socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

s.bind((HOST, PORT))

#socket.socket()创建一个socket对象，并说明socket使用的是IPv4(AF_INET，IP version 4)

#和TCP协议(SOCK_STREAM)。

# passively wait, 3: maximum number of connections in the queue

s.listen(3)

# accept and establish connection

conn, addr = s.accept()

# receive message

request = conn.recv(1024)

print ('request is: ',request)

print ('Connected by', addr)

# send message

reply = 'Yes'

"""

好像3.* socket.send 传递的数据必须是bytes。不能是str。发送和接收数据时做下编码转换就可以了。修改如下：s.sendall(request.encode())

"""

conn.sendall(reply.encode())

# close connection

conn.close()

client.py

import socket

# Address

HOST = '127.0.0.1'

PORT = 8000

request = 'can you hear me?'

# configure socket

s       = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

s.connect((HOST, PORT))

"""

好像3.* socket.send 传递的数据必须是bytes。不能是str。发送和接收数据时做下编码转换就可以了。修改如下：s.sendall(request.encode())

"""

# send message

s.sendall(request.encode())

# receive message

reply   = s.recv(1024)

print ('reply is: ',reply)

# close connection

s.close()

我们对socket的两端都可以调用recv()方法来接收信息，调用sendall()方法来发送信息。这样，我们就可以在分处于两台计算机的两个进程间进行通信了。当通信结束的时候，我们使用close()方法来关闭socket连接。

基于TCP socket的HTTP服务器

使用TCP socket来为两台远程计算机建立连接，就可以通信了。
然而socket传输自由度太高，从而带来很多安全和兼容的问题。我们往往利用一些应用层的协议(比如HTTP协议)来规定socket使用规则，以及所传输信息的格式。

HTTP协议利用请求-回应(request-response)的方式来使用TCP socket。

客户端向服务器发一段文本作为request，服务器端在接收到request之后，向客户端发送一段文本作为response。

在完成了这样一次request-response交易之后，TCP socket被废弃。下次的request将建立新的socket。
request和response本质上说是两个文本，只是HTTP协议对这两个文本都有一定的格式要求。

Httpserver.py

import socket

# Address

HOST = ''

PORT = 8000

# Prepare HTTP response

text_content = '''HTTP/1.x 200 OK

Content-Type: text/html

<head>

<title>WOW</title>

</head>

<html>

<p>Wow, Python Server</p>

<IMG src="test.jpg"/>

</html>

'''

# Read picture, put into HTTP format

f = open('test.jpg','rb')

pic_content = '''

HTTP/1.x 200 OK

Content-Type: image/jpg

'''

pic_content = pic_content.bytes()+ f.read()

f.close()

# Configure socket

s    = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

s.bind((HOST, PORT))

# infinite loop, server forever

while True:

    # 3: maximum number of requests waiting

    s.listen(3)

    conn, addr = s.accept()

    request    = conn.recv(1024)

    method    = request.split(' ')[0]

    src            = request.split(' ')[1]

    # deal with GET method

    if method == 'GET':

        # ULR

        if src == '/test.jpg':

            content = pic_content

        else: content = text_content

        print ('Connected by', addr)

        print ('Request is:', request)

        conn.sendall(content.bytes())

    # close connection

    conn.close()

解读

服务器会根据request向客户传输的两条信息text_content和pic_content中的一条，作为response文本。

整个response分为起始行(start line), 头信息(head)和主体(body)三部分。

起始行就是第一行:HTTP/1.x 200 OK 它实际上又由空格分为三个片段，HTTP/1.x表示所使用的HTTP版本，200表示状态(status code)，200是HTTP协议规定的，表示服务器正常接收并处理请求，OK是供人来阅读的status code。

头信息跟随起始行，它和主体之间有一个空行。这里的text_content或者pic_content都只有一行的头信息，text_content用来表示主体信息的类型为html文本：Content-Type: text/html

主体信息为html或者jpg文件的内容。(注意，对于jpg文件，我们使用’rb’模式打开，是为了与windows兼容。因为在windows下，jpg被认为是二进制(binary)文件，在UNIX系统下，则不需要区分文本文件和二进制文件。)

HttpClient.py

客户端程序，你可以自己写。当然一般用浏览器作为客户端。
request由客户端程序发给服务器。尽管request也可以像response那样分为三部分，但是request的格式与response的格式并不相同。request由客户发送给服务器，比如下面是一个request：

GET /test.jpg HTTP/1.x

Accept: text/*

起始行可以分为三部分，第一部分为请求方法(request method)，第二部分是URL，第三部分为HTTP版本。request method可以有GET， PUT， POST， DELETE， HEAD。最常用的为GET和POST。GET是请求服务器发送资源给客户，POST是请求服务器接收客户送来的数据。当我们打开一个网页时，我们通常是使用GET方法；当我们填写表格并提交时，我们通常使用POST方法。第二部分为URL，它通常指向一个资源(服务器上的资源或者其它地方的资源)。像现在这样，就是指向当前服务器的当前目录的test.jpg。

按照HTTP协议的规定，服务器需要根据请求执行一定的操作。正如我们在服务器程序中看到的，我们的Python程序先检查了request的方法，随后根据URL的不同，来生成不同的response(text_content或者pic_content)。随后，这个response被发送回给客户端。

Test

终端运行上面的Httpserver程序，作为服务器端，再打开一个浏览器作为客户端。(如果有时间，你也完全可以用Python写一个客户端。原理与上面的TCP socket的客户端程序相类似。)
在浏览器的地址栏输入:127.0.0.1:8000

使用浏览器的调试功能 F12

GET / HTTP/1.1

Host: 127.0.0.1:8000

User-Agent: Mozilla/5.0 (X11; Ubuntu; Linux x86_64; rv:14.0) Gecko/20100101 Firefox/14.0.1

Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8

Accept-Language: en-us,en;q=0.5

Accept-Encoding: gzip, deflate

Connection: keep-alive

浏览器接收到text_content之后，发现正文的html文本中有，知道需要获得text.jpg文件来补充为图片，立即发出了第二个请求:

GET /test.jpg HTTP/1.1

Host: 127.0.0.1:8000

User-Agent: Mozilla/5.0 (X11; Ubuntu; Linux x86_64; rv:14.0) Gecko/20100101 Firefox/14.0.1

Accept: image/png,image/*;q=0.8,*/*;q=0.5

Accept-Language: en-us,en;q=0.5

Accept-Encoding: gzip, deflate

Connection: keep-alive

Referer: http://127.0.0.1:8000/

小结

1) 在我们上面的服务器程序中，我们用while循环来让服务器一直工作下去。实际上使用多线程的知识，将while循环中的内容改为多进程或者多线程工作。

2) 服务器程序还不完善，还可以让Python程序调用Python的其他功能，以实现更复杂的功能。比如说制作一个时间服务器，让服务器向客户返回日期和时间。你还可以使用Python自带的数据库，来实现一个完整的LAMP服务器。

3) socket包是比较底层的包。Python标准库中还有高层的包，比如SocketServer，SimpleHTTPServer，CGIHTTPServer，cgi。这些都包都是在帮助我们更容易的使用socket。这些包就很容易明白了。利用这些高层的包，你可以写一个相当成熟的服务器。

4) 在经历了所有的麻烦之后，发现框架是那么的方便，所以决定去使用框架。当然也可以参与到框架开发的热情。