Python網絡編程筆記

時間 2019-11-13

標籤 python 網絡編程筆記欄目 Python 简体版

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1、說明

使用套接字進行網絡編程，須要先了解一些有關網絡編程的背景信息。python

一、客戶端/服務器架構:

服務器爲一個或多個客戶端提供所需的服務，存在的目的就是等待客戶端的請求，並響應它們，而後等待更多的請求。
服務端創建以後，一般默認是永遠處於工做之中，爲一個接一個的客戶端提供服務。

二、套接字（socket）：

在任何類型的通訊開始以前，網絡應用程序必須建立套接字，能夠理解爲爲電話插孔，沒有他將不能進行通訊。至關於通訊端點。
Python支持AF_UNIX（基於文件）、AF_INET（面向網絡）的address family。也支持AF_NETLINK、AF_TIPC家族。網絡編程中，將使用AF_INET。
套接字地址：主機-端口對。（host-port）
面向鏈接的套接字，通訊以前須要創建鏈接，通訊消息能夠拆分紅片斷，而且每條消息片斷都能到達目的地，而後按順序組合在一塊兒後將完整消息傳遞給正在等待的應用程序。實現這種類型的主要協議爲TCP協議，必須使用SOCK_STREAM套接字類型。
無鏈接的套接字，在通訊以前不須要創建鏈接，傳輸過程當中是以總體發送，不能保證它的順序性、可靠性和重複性，優勢是高性能、廉價。使用協議爲UDP協議，使用SOCK_DGRAM套接字類型。

三、socket阻塞與非阻塞，同步與異步的概念：

同步/異步主要針對Client端:

同步：所謂同步，就是在c端發出一個功能調用時，在沒有獲得結果以前，該調用就不返回。也就是必須一件一件事作,等前一件作完了才能作下一件事。ajax

例如普通B/S模式（同步）：提交請求->等待服務器處理->處理完畢返回這個期間客戶端瀏覽器不能幹任何事編程

異步：異步的概念和同步相對。當c端一個異步過程調用發出後，調用者不能馬上獲得結果。實際處理這個調用的部件在完成後，經過狀態、瀏覽器

通知和回調來通知調用者。服務器

例如 ajax請求（異步）: 請求經過事件觸發->服務器處理（這是瀏覽器仍然能夠做其餘事情）->處理完畢網絡

阻塞/非阻塞主要針對Server端:

阻塞：調用是指調用結果返回以前，當前線程會被掛起（線程進入非可執行狀態，在這個狀態下，cpu不會給線程分配時間片，即線程暫停運行）。函數只有在獲得結果以後纔會返回。有人也許會把阻塞調用和同步調用等同起來，實際上他是不一樣的。對於同步調用來講，不少時候當前線程仍是激活的，只是從邏輯上當前函數沒有返回而已。例如，咱們在socket中調用recv函數，若是緩衝區中沒有數據，這個函數就會一直等待，直到有數據才返回。而此時，當前線程還會繼續處理各類各樣的消息。架構

非阻塞：非阻塞和阻塞的概念相對應，指在不能馬上獲得結果以前，該函數不會阻塞當前線程，而會馬上返回。框架

用取快遞來舉例就是：異步

阻塞：好比到你某個時候到A樓一層（假如是內核緩衝區）取快遞，可是你不知道快遞何時過來，你又不能幹別的事，只能死等着。但你能夠睡覺（進程處於休眠狀態），由於你知道快遞把貨送來時必定會給你打個電話（假定必定能叫醒你）。socket

非阻塞：若是用輪詢的方法，每隔5分鐘到A樓一層(內核緩衝區）去看快遞來了沒有。若是沒來，當即返回。而快遞來了，就放在A樓一層，等你去取。

2、Python中的網絡編程

使用到的主要模塊就是socket模塊。

一、建立TCP鏈接

通用TCP服務器的建立流程：

ss = socket()                  # 建立服務器套接字 
ss.bind()                      # 套接字與地址綁定
ss.listen                      # 監聽鏈接
inf_loop:                      # 服務器無限循環
    cs = ss.accept()           # 接收客戶端鏈接
    comm_loop:                 # 通訊循環
        cs.recv()/cs.send()    # 對話（接收/發送）
    cs.close()                 # 關閉客戶端套接字
ss.close()                     # 關閉服務器套接字（可選）

示例：

TCP時間戳服務器（tsTserv.py）：

#!/usr/bin/python

from socket import * 
from time import ctime

HOST = ''
PORT = 21567
BUFSIZ = 1024
ADDR = (HOST, PORT)

tcpSerSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)   #創建TCP鏈接
tcpSerSock.bind(ADDR)
tcpSerSock.listen(5)

while True:
    print 'waiting for new connection...'
    tcpCliSock, addr = tcpSerSock.accept()
    print '...connected from:', addr

    while True:
        data = tcpCliSock.recv(BUFSIZ)
        if not data:
            break
        tcpCliSock.send('[%s] %s' % (       #返回客戶端發送的數據並帶上時間戳
            ctime(), data))
    tcpCliSock.close()
tcpSerSock.close()

通用TCP客戶端的建立流程：

cs = socket()            # 建立客戶端套接字
cs.connect()             # 嘗試鏈接服務器
comm_loop:               # 通訊循環
    cs.send()/cs.recv()  # 對話（發送/接收）
cs.close()               # 關閉客戶端套接字

示例：

TCP時間戳客戶端：

#!/usr/bin/python

from socket import * 

HOST = 'localhost'
PORT = 21567
BUFSIZ = 1024
ADDR = (HOST, PORT)

tcpCliSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
tcpCliSock.connect(ADDR)

while True:
    data = raw_input('> ')
    if not data:
        break
    tcpCliSock.send(data)
    data = tcpCliSock.recv(BUFSIZ)
    if not data:
        break
    print data

tcpCliSock.close()

執行TCP服務端和客戶端

首先啓動服務端，再用客戶端鏈接。

客戶端顯示的是發送的數據和服務端返回帶時間戳的數據：

服務端的輸出只要是診斷性的：

建立UDP鏈接相比於TCP簡單的多，這裏就不演示了。

二、SocketServer模塊

SocketServer簡化了網絡服務器的編寫。它有4個類：TCPServer，UDPServer，UnixStreamServer，UnixDatagramServer。這4個類是同步進行處理的，另外經過ForkingMixIn和ThreadingMixIn類來支持異步。

建立服務器的步驟。首先，你必須建立一個請求處理類，它是BaseRequestHandler的子類並重載其handle()方法。其次，你必須實例化一個服務器類，傳入服務器的地址和請求處理程序類。最後，調用handle_request()通常是調用其餘事件循環或者使用select())或serve_forever()。集成ThreadingMixIn類時須要處理異常關閉。daemon_threads指示服務器是否要等待線程終止，要是線程互相獨立，必需要設置爲True，默認是False。

不管用什麼網絡協議，服務器類有相同的外部方法和屬性。該模塊在python3中已經改名爲socketserver。

這裏不做研究和演示。

三、Twisted框架介紹

Twisted是用Python實現的基於事件驅動的網絡引擎框架。Twisted誕生於2000年初，在當時的網絡遊戲開發者看來，不管他們使用哪一種語言，手中都鮮有可兼顧擴展性及跨平臺的網絡庫。Twisted的做者試圖在當時現有的環境下開發遊戲，這一步走的很是艱難，他們迫切地須要一個可擴展性高、基於事件驅動、跨平臺的網絡開發框架，爲此他們決定本身實現一個，並從那些以前的遊戲和網絡應用程序的開發者中學習，汲取他們的經驗教訓。

Twisted支持許多常見的傳輸及應用層協議，包括TCP、UDP、SSL/TLS、HTTP、IMAP、SSH、IRC以及FTP。就像Python同樣，Twisted也具備「內置電池」（batteries-included）的特色。Twisted對於其支持的全部協議都帶有客戶端和服務器實現，同時附帶有基於命令行的工具，使得配置和部署產品級的Twisted應用變得很是方便。

本文不做研究和演示。