Python使用SocketServer模块编写基本服务器程序的教程

程序员文章站 2023-12-22 17:37:28

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SocketServer简化了网络服务器的编写。它有4个类：TCPServer，UDPServer，UnixStreamServer，UnixDatagramServer。这4个类是同步进行处理的，另外通过ForkingMixIn和ThreadingMixIn类来支持异步。

创建服务器的步骤。首先，你必须创建一个请求处理类，它是BaseRequestHandler的子类并重载其handle()方法。其次，你必须实例化一个服务器类，传入服务器的地址和请求处理程序类。最后，调用handle_request()(一般是调用其他事件循环或者使用select())或serve_forever()。

集成ThreadingMixIn类时需要处理异常关闭。daemon_threads指示服务器是否要等待线程终止，要是线程互相独立，必须要设置为True，默认是False。

无论用什么网络协议，服务器类有相同的外部方法和属性。

在Python3中，本模块为socketserver模块。在Python 2中，本模块为SocketServer模块。所以在用import导入时，要分情况导入，否则会报错。导入的代码如下：

try:
  import socketserver   #Python 3
except ImportError:
  import SocketServer   #Python 2

SocketSerror模块包括许多可以简化TCP、UDP、UNIX域套接字服务器实现的类。

一、处理程序
要使用本模块，必须定义一个继承于基类BaseRequestHandler的处理程序类。BaseRequestHandler类的实例h可以实现以下方法：
1、h.handle() 调用该方法执行实际的请求操作。调用该函数可以不带任何参数，但是几个实例变量包含有用的值。h.request包含请求，h.client_address包含客户端地址，h.server包含调用处理程序的实例。对于TCP之类的数据流服务，h.request属性是套接字对象。对于数据报服务，它是包含收到数据的字节字符串。
2、h.setup() 该方法在handle()之前调用。默认情况下，它不执行任何操作。如果希望服务器实现更多连接设置（如建立SSL连接），可以在这里实现。
3、h.finish() 调用本方法可以在执行完handle()之后执行清除操作。默认情况下，它不执行任何操作。如果setup()和handle()方法都不生成异常，则无需调用该方法。
如果知道应用程序只能操纵面向数据流的连接（如TCP），那么应从StreamRequestHandler继承，而不是BaseRequestHandler。StreamRequestHandler类设置了两个属性，h.wfile是将数据写入客户端的类文件对象，h.rfile是从客户端读取数据的类文件对象。
如果要编写针对数据包操作的处理程序并将响应持续返回发送方，那么它应当从DatagramRequestHandler继承。它提供的类接口与StramRequestHandler相同。

二、服务器
要使用处理程序，必须将其插入到服务器对象。定义了四个基本的服务器类。
（1）TCPServer(address,handler) 支持使用IPv4的TCP协议的服务器，address是一个（host,port）元组。Handler是BaseRequestHandler或StreamRequestHandler类的子类的实例。
（2）UDPServer(address,handler) 支持使用IPv4的UDP协议的服务器，address和handler与TCPServer中类似。
（3）UnixStreamServer(address,handler) 使用UNIX域套接字实现面向数据流协议的服务器，继承自TCPServer。
（4）UnixDatagramServer(address,handler) 使用UNIX域套接字实现数据报协议的服务器，继承自UDPServer。
所有四个服务器类的实例都有以下方法和变量：
1、s.socket 用于传入请求的套接字对象。
2、s.sever_address 监听服务器的地址。如元组（"127.0.0.1",80）
3、s.RequestHandlerClass 传递给服务器构造函数并由用户提供的请求处理程序类。
4、s.serve_forever() 处理无限的请求
5、s.shutdown() 停止serve_forever()循环
6、s.fileno() 返回服务器套接字的整数文件描述符。该方法可以有效地通过轮询操作（如select()函数）使用服务器实例。

三、定义自定义服务器
服务器往往需要特殊的配置来处理不同的网络地址族、超时期、并发和其他功能，可以通过继承上面四个基本服务器类来自行定义。
可以通过混合类获得更多服务器功能，这也是通过进程或线程分支添加并发行的方法。为了实现并发性，定义了以下类：
（1）ForkingMixIn 将UNIX进程分支添加到服务器的混合方法，使用该方法可以让服务器服务多个客户。
（2）ThreadingMixIn 修改服务器的混合类，可以使用线程服务多个客户端。
要向服务器添加这些功能，可以使用多重继承，其中首先列出混了类。
由于并发服务器很常用，为了定义它，SocketServer预定义了以下服务器类：
（1）ForkingUDPServer(address,handler)
（2）ForkingTCPServer(address,handler)
（3）ThreadingUDPServer(address,handler)
（4）ThreadingTCPServer(address,handler)
上面有点乱，现总结以下：
SocketServer模块中的类主要有以下几个：
1、BaseServer 包含服务器的核心功能与混合类（mix-in）的钩子功能。这个类主要用于派生，不要直接生成这个类的类对象，可以考虑使用TCPServer和UDPServer类。
2、TCPServer 基本的网络同步TCP服务器
3、UDPServer 基本的网络同步UDP服务器
4、ForkingMixIn 实现了核心的进程化功能，用于与服务器类进行混合(mix-in)，以提供一些异步特性。不要直接生成这个类的对象。
5、ThreadingMixIn 实现了核心的线程化功能，用于与服务器类进行混合(mix-in)，以提供一些异步特性。不要直接生成这个类的对象。
6、ForkingTCPServer ForkingMixIn与TCPServer的组合
7、ForkingUDPServer ForkingMixIn与UDPServer的组合
8、BaseRequestHandler
9、StreamRequestHandler TCP请求处理类的一个实现
10、DataStreamRequestHandler UDP请求处理类的一个实现
现在繁杂的事务都已经封装到类中了，直接使用类即可。

四、实例
1.使用SocketServer模块编写的TCP服务器端代码：

#! /usr/bin/env python
#coding=utf-8
"""使用SocketServer来实现简单的TCP服务器"""
from SocketServer import (TCPServer,StreamRequestHandler as SRH)
from time import ctime
class MyRequestHandler(SRH):
  def handle(self):
    print "connected from ",self.client_address
    self.wfile.write("[%s] %s" %(ctime(),self.rfile.readline()))
tcpSer=TCPServer(("",10001),MyRequestHandler)
print "waiting for connection"
tcpSer.serve_forever()
相应的TCP客户端代码：
#! /usr/bin/env python
#coding=utf-8
from socket import *
BUFSIZE=1024
#每次都要创建新的连接
while True:
  tcpClient=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
  tcpClient.connect(("localhost",10001))
  data=raw_input(">")
  if not data:
    break
  tcpClient.send("%s\r\n" %data)
  data1=tcpClient.recv(BUFSIZE)
  if not data1:
    break
  print data1.strip()
  tcpClient.close()

2.异步服务器的实现

ThreadingMixIn的例子：

import socketimport threadingimport SocketServerclass ThreadedTCPRequestHandler(SocketServer.BaseRequestHandler):

  def handle(self):
    data = self.request.recv(1024)
    cur_thread = threading.current_thread()
    response = "{}: {}".format(cur_thread.name, data)
    self.request.sendall(response)class ThreadedTCPServer(SocketServer.ThreadingMixIn, SocketServer.TCPServer):
  passdef client(ip, port, message):
  sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
  sock.connect((ip, port))
  try:
    sock.sendall(message)
    response = sock.recv(1024)
    print "Received: {}".format(response)
  finally:
    sock.close()if __name__ == "__main__":
  # Port 0 means to select an arbitrary unused port
  HOST, PORT = "localhost", 0

  server = ThreadedTCPServer((HOST, PORT), ThreadedTCPRequestHandler)
  ip, port = server.server_address  # Start a thread with the server -- that thread will then start one
  # more thread for each request
  server_thread = threading.Thread(target=server.serve_forever)
  # Exit the server thread when the main thread terminates
  server_thread.daemon = True
  server_thread.start()
  print "Server loop running in thread:", server_thread.name

  client(ip, port, "Hello World 1")
  client(ip, port, "Hello World 2")
  client(ip, port, "Hello World 3")

  server.shutdown()

执行结果：

$ python ThreadedTCPServer.py
Server loop running in thread: Thread-1
Received: Thread-2: Hello World 1
Received: Thread-3: Hello World 2
Received: Thread-4: Hello World 3