socketserver 模块简介

一、socketserver模块简介

socketserver模块简化了网络编程，模块下有五个服务类：BaseServer、TCPServer、UDPServer、UnixStreamServer、UnixDatagramServer 。这五个类的关系如下：

+------------+
| BaseServer |
+------------+
      |
      v
+-----------+        +------------------+
| TCPServer |------->| UnixStreamServer |
+-----------+        +------------------+
      |
      v
+-----------+        +--------------------+
| UDPServer |------->| UnixDatagramServer |

1、四个基本的同步服务器类简介： 

class socketserver.TCPServer(server_address, RequestHandlerClass, bind_and_activate=True)：TCP数据流服务器
class socketserver.UDPServer(server_address, RequestHandlerClass, bind_and_activate=True)：UDP数据报服务器

class socketserver.UnixStreamServer(server_address, RequestHandlerClass, bind_and_activate=True)：仅限于Unix系统的，Unix套接字流
class socketserver.UnixDatagramServer(server_address, RequestHandlerClass, bind_and_activate=True)：仅限于Unix系统的，Unix数据报

他们的参数意义相同，如下：

server_address：服务器的地址，他应该是一个元组包含地址和端口如：('192.168.1.1',9000),

RequestHandlerClass：我们自定义的类，类中必须重写handle()方法。用于处理所有socket请求。

bind_and_activate：如果为True，将自动调用server_bind（）和server_activate（）。

 这四个类运行时只能处理一个请求，也就是一个服务端只能对应一个客户端，这对于我们将来要编写的FTP服务器可能不适用，因为我们希望一个服务能处理多个客户端，下面我们来看socketserver为我们提供的两个处理异步的类。

2、异步服务器类简介

class socketserver.ForkingMixIn：启用多进程
class socketserver.ThreadingMixIn：启用多线程

创建异步服务的方法非常简单，下面创建一个简单的TCP框架为例：

import socketserver

class MyTCPServer(socketserver.BaseRequestHandler):  # 自定义TCP服务类，必须继承socketserver.BaseRequestHandler
    def handle(self):  # 重写此类，
        '''
        我们要处理的任务
        :return: 
        '''
        self.fun()  # 执行我们的任务
    def fun(self):
        print('Hello World')

class ThreadingTCPServer(socketserver.ThreadingMixIn, socketserver.TCPServer): # 类名随便起，必须要继承这两个类
    pass
if __name__ == "__main__":
    ip_port = ("127.0.0.1", 9000)  # TCP服务器的地址和端口

    with socketserver.ThreadingTCPServer(ip_port, MyTCPServer) as server:
        server.serve_forever()  # 开启TCP服务

这样我们就简单的创建了一个异步TCP服务器框架，其实ThreadingTCPServer这个类我们不用自己创建，因为socketserver已经为我们创建好了，如下：

class ForkingUDPServer(ForkingMixIn, UDPServer): pass  # 多进程UDP服务器
class ForkingTCPServer(ForkingMixIn, TCPServer): pass  # 多进程TCP服务器
class ThreadingUDPServer(ThreadingMixIn, UDPServer): pass  # 多线程UDP服务器
class ThreadingTCPServer(ThreadingMixIn, TCPServer): pass  # 多线程TCP服务器

如果觉得socketserver提供的这四个类不是你想要的，那么你就可以像上面那样自己定义，上面都是服务类，通过服务类实例化对象，但是目前还不知道对象拥有哪些方法，因为这些服务类都是继承的BaseServer类，所以方法都在BaseServer类中，有些方法只是定义了接口，在子类中实现的。

3、服务对象常用方法

class socketserver.BaseServer(server_address, RequestHandlerClass)：

fileno()：返回服务器正在监听的套接字的文件描述符（int类型的数字）。此函数最常传递给选择器，以允许监视同一进程中的多个服务器。

handle_request()：处理单个请求。此函数按顺序调用以下方法：get_request（）、verify_request（）和process_request（）。如果handler类的用户提供的handle（）方法引发异常，则将调用服务器的handle_error（）方法。如果在超时秒内未收到请求，将调用handle_timeout（），并返回handle_request（）。

serve_forever(poll_interval=0.5)：定时任务，通常是在一个线程中，每poll_interval秒轮询一次，直到调用shutdown停止。

service_actions()：该函数被serve_forever定时函数重复调用，这个方法我们可以继承BaseServer，然后重写此方法。

shutdown()：此方法用于停止serve_forever()定时任务。

socket：socket对象。

socket_type：socket套接字类型,TCP，UDP等。

allow_reuse_address：服务器是否允许地址的重用。默认为false ，并且可在子类中更改。

address_family：设置socket套接字家族。

server_address：值是一个元组，socket服务器地址和监听的端口。

server_activate()：服务器将处于监听状态，该函数可被重写，其实他的内部就是self.socket.listen(self.request_queue_size)。

server_bind()：将socket绑定到地址上，可以被重写。

get_request()：此方法的前提是必须接收到来自套接字的请求，返回一个元组(与客户端通信的新套接字对象,客户端地址)。其实该方法就是将self.socket.accept()的结果返回。

server_close()：关闭服务（关闭socket），此方法可被重写。

RequestHandlerClass：值是类名，这个类是我们定义的用于创建实例处理我们的请求，如上面TCP异步框架中的MyTCPServer，这个类就是RequestHandlerClass的值。

request_queue_size：请求队列的大小。如果处理单个请求需要很长时间，在服务器繁忙时会将请求放到队列中，当请求数达到request_queue_size的值时。来自客户端的进一步请求将得到一个“拒绝连接”错误。默认值通常是5，但是这个值可以被子类覆盖。

finish_request(request, client_address)：此方法会实例化RequestHandlerClass并调用它的handle()方法来实际处理请求。

process_request(request,client_address)：调用finish_request()来创建RequestHandlerClass的一个实例。我们可以自己创建线程池或进程池来调用这个函数，实现服务器处理多个请求的问题，ForkingMixIn和ThreadingMixIn类就是这样做的。

handle_error(request,client_address)：如果RequestHandlerClass实例的handle（）方法引发异常，则调用此函数。默认操作是将回溯打印到标准错误，并继续处理其他请求。在版本3.6中更改：现在仅调用从Exception类派生的异常。

timeout：超时时间(以秒为单位)，如果是None，会一直阻塞。如果设置了timeout，handle_request()在超时期间没有收到传入请求，则调用handle_timeout()方法。

handle_timeout()：当timeout属性被设置为None以外的值，并且超时周期已经过去而没有收到任何请求时，将调用此函数。多进程 服务器的默认操作是收集已退出的任何子进程的状态，而在线程服务器中，此方法不执行任何操作。

verify_request(request,client_address)：返回一个布尔值;如果值为真，请求将被处理，如果值为假，请求将被拒绝。可以重写此函数以实现服务器的访问控制。默认实现只是一句return True。

上面这些都是服务对象的方法，下面来介绍处理socket请求类BaseRequestHandler。

4、客户端请求处理类BaseRequestHandler

class socketserver.BaseRequestHandler：

这是所有socket请求处理程序的基类。它只定义了接口，而没有实现，如果想要使用接口，我们首先继承BaseRequestHandler，然后在子类中重写这些方法。每个socket请求处理程序子类必须重写handle（）方法，因为该方法是用于处理所有socket请求。该类的方法如下：

setup()：在handle（）方法之前调用，执行初始化操作。 默认不执行任何操作，我们可以重写此方法来实现程序的初始化。

handle()：所有socket请求任务都是在这个函数内部完成的，我们在子类中必须重写此方法，并处理socket请求，因为默认基类中的handle()的实现不执行任何操作。

finish()：在handle（）方法之后调用以执行清理操作。默认实现不执行任何操作。如果setup（）引发异常，则不会调用此函数。

虽然上面的接口都只是定义而没有实现，但是它的实例属性还是很有用的；

self.request；客户端和服务端的连接对象，用于发送数据，接收数据。 

self.client_address：socket客户端地址 。

self.server：socket服务端信息。

class socketserver.StreamRequestHandler
class socketserver.DatagramRequestHandler
这两个类是socketserver继承BaseRequestHandler后重写了setup()，finish()，实现了对读，写缓冲区的设置，有兴趣的可以看看源码。

5、官方示例：

TCP同步服务示例：

# 服务端
import socketserver

class MyTCPHandler(socketserver.BaseRequestHandler):  # 自定义类，继承BaseRequestHandler，处理socket请求

    def handle(self):  # socket客户端请求
        self.data = self.request.recv(1024).strip()  # 接收socket客户端发来的数据
        print("{} wrote:".format(self.client_address[0]))
        print(self.data)
        self.request.sendall(self.data.upper())  # 将数据大写后发给客户端
'''
class MyTCPHandler(socketserver.StreamRequestHandler):  
    # 自定义类，功能与上面的一样，只不过是继承StreamRequestHandler
    def handle(self):
        # self.rfile is a file-like object created by the handler;
        # we can now use e.g. readline() instead of raw recv() calls
        self.data = self.rfile.readline().strip()
        print("{} wrote:".format(self.client_address[0]))
        print(self.data)
        # Likewise, self.wfile is a file-like object used to write back
        # to the client
        self.wfile.write(self.data.upper())
'''

if __name__ == "__main__":
    HOST, PORT = "localhost", 9999

    with socketserver.TCPServer((HOST, PORT), MyTCPHandler) as server:
        server.serve_forever()  # 启用TCP服务器
# 打印内容如下
127.0.0.1 wrote:
b'Hello World'

# 客户端
import socket
import sys

HOST, PORT = "localhost", 9999
data = "Hello World"

# Create a socket (SOCK_STREAM means a TCP socket)
with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as sock:
    # Connect to server and send data
    sock.connect((HOST, PORT))
    sock.sendall(bytes(data + "\n", "utf-8"))

    # Receive data from the server and shut down
    received = str(sock.recv(1024), "utf-8")

print("Sent:     {}".format(data))
print("Received: {}".format(received))

# 打印内容如下
Sent:     Hello World
Received: HELLO WORLD

UDP服务示例：

# 服务端
import socketserver

class MyUDPHandler(socketserver.BaseRequestHandler):
    """
    This class works similar to the TCP handler class, except that
    self.request consists of a pair of data and client socket, and since
    there is no connection the client address must be given explicitly
    when sending data back via sendto().
    """

    def handle(self):
        data = self.request[0].strip()
        socket = self.request[1]
        print("{} wrote:".format(self.client_address[0]))
        print(data)
        socket.sendto(data.upper(), self.client_address)

if __name__ == "__main__":
    HOST, PORT = "localhost", 9999
    with socketserver.UDPServer((HOST, PORT), MyUDPHandler) as server:
        server.serve_forever()
# 打印内容如下
127.0.0.1 wrote:
b'Hello World'

# 客户端
import socket
import sys

HOST, PORT = "localhost", 9999
data = "Hello World"

# SOCK_DGRAM is the socket type to use for UDP sockets
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

# As you can see, there is no connect() call; UDP has no connections.
# Instead, data is directly sent to the recipient via sendto().
sock.sendto(bytes(data + "\n", "utf-8"), (HOST, PORT))
received = str(sock.recv(1024), "utf-8")

print("Sent:     {}".format(data))
print("Received: {}".format(received))
# 打印内容如下
Sent:     Hello World
Received: HELLO WORLD

 TCP服务异步示例：

import socket
import threading
import socketserver

class ThreadedTCPRequestHandler(socketserver.BaseRequestHandler):  # 自定义socket请求处理类
    def handle(self):
        data = str(self.request.recv(1024), 'ascii')
        cur_thread = threading.current_thread()
        response = bytes("{}: {}".format(cur_thread.name, data), 'ascii')
        self.request.sendall(response)

class ThreadedTCPServer(socketserver.ThreadingMixIn, socketserver.TCPServer):  # 自定义线程类处理多个请求
    pass

def client(ip, port, message):
    '''
    socket客户端
    :param ip: 服务段的IP地址
    :param port: 服务端的端口
    :param message: 给服务端发送的消息
    :return:
    '''
    with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as sock:
        sock.connect((ip, port))
        sock.sendall(bytes(message, 'ascii'))
        response = str(sock.recv(1024), 'ascii')
        print("Received: {}".format(response))

if __name__ == "__main__":

    HOST, PORT = "localhost", 0  # 端口是0随机获取一个未被使用的端口
    server = ThreadedTCPServer((HOST, PORT), ThreadedTCPRequestHandler)
    with server:
        ip, port = server.server_address  # 获取服务端的IP地址和端口号
        server_thread = threading.Thread(target=server.serve_forever) # 创建线程对象
        server_thread.daemon = True  # 守护线程
        server_thread.start()  # 开启线程，在线程中开启TCP服务器
        print("Server loop running in thread:", server_thread.name)
        # 模拟三个socket客户端连接TCP服务器
        client(ip, port, "Hello World 1")
        client(ip, port, "Hello World 2")
        client(ip, port, "Hello World 3")

        server.shutdown()
# 打印内容如下：
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

参考文档：https://docs.python.org/3/library/socketserver.html?highlight=socketserver#module-socketserver

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