基于TCP的Python简易服务器

在当今Python服务器框架 (framework, 比如Django, Twisted, web.py等等) 横行的时代,从底层的socket开始写服务器似乎是一个出力不讨好的笨方法。框架的意义在于掩盖底层的细节,提供一套对于开发人员更加友好的API,并处理诸如MVC的布局问题。框架允许我们快速的构建一个成型而且成熟的Python服务器。然而,框架本身也是依赖于底层(比如socket)。对于底层socket的了解,不仅可以帮助我们更好的使用框架,更可以让我们明白框架是如何设计的。更进一步,如果拥有良好的底层socket编程知识和其他系统编程知识,你完全可以设计并开发一款自己的框架。如果你可以从底层socket开始,实现一个完整的Python服务器,支持用户层的协议,并处理好诸如MVC(Model-View-Control)、多线程(threading)等问题,并整理出一套清晰的函数或者类,作为接口(API)呈现给用户,你就相当于设计了一个框架。

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)。而你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。在这样一些时间,底层的重要性,就远远超过了框架。

下面的一篇文章虽然是在谈JAVA,但我觉得也适用于Python的框架之争。

TCP/IP和socket

我们需要对网络传输,特别是TCP/IP协议和socket有一定的了解。socket是进程间通信的一种方法 (参考Linux进程间通信),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。所谓的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)。

一个TCP socket连接的网络

TCP连接协议

TCP socket

在互联网上,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。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。

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:

import sockets=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM,分别代表ipv4地址族和TCP流name=socket.gethostname()port=1234s.bind((name,port))s.listen(5) #最多可以可以接受3个连接请求while True: conn,addr=s.accept() print("已经接收到",addr) conn.send(‘欢迎访问’.encode("UTF-8")) #在3.*版本中send只能发送字节,如果发送中文,需要使用encode编码 conn.close()

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)。

有关编码问题可以看另一篇文章—————->Python菜鸟晋级02—-Python3的bytes与str

然后用另一台电脑作为客户,我们主动使用connect()方法来搜索服务器端的IP地址(在Linux中,你可以用$ifconfig来查询自己的IP地址)和端口,以便客户可以找到服务器,并建立连接:

import socketname="192.168.1.16"#填入服务器的地址port=1234s=socket.socket()#socket的默认参数为socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAMs.connect((name,port))a=s.recv(1020).decode("UTF-8")#用UTF-8对接收到的信息进行解码print(a)s.send(b"dddd")#向服务器发送dddd的字节信息

不要等待机会,而要创造机会。

基于TCP的Python简易服务器

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