socket 网络编程

本篇内容：

　　1、socket

　　2、socketserver

　　3、IO多路复用

socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，对于文件用【打开】【读写】【关闭】模式来操作。socket就是该模式的一个实现，socket即是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭）

Python 官方关于 Socket 的函数请看 http://docs.python.org/library/socket.html

Socket Families(地址簇)

socket.AF_UNIX unix本机进程间通信 

socket.AF_INET　IPV4　

socket.AF_INET6  IPV6

这些常量表示地址(和协议)家族，用于第一个参数套接字()。如果没有定义afunix常量，那么这个协议就不被支持。

Socket Types

socket.SOCK_STREAM  #for tcp

socket.SOCK_DGRAM   #for udp 

socket.SOCK_RAW     #原始套接字，普通的套接字无法处理ICMP、IGMP等网络报文，而SOCK_RAW可以；其次，SOCK_RAW也可以处理特殊的IPv4报文；此外，利用原始套接字，可以通过IP_HDRINCL套接字选项由用户构造IP头。

socket.SOCK_RDM  #是一种可靠的UDP形式，即保证交付数据报但不保证顺序。SOCK_RAM用来提供对原始协议的低级访问，在需要执行某些特殊操作时使用，如发送ICMP报文。SOCK_RAM通常仅限于高级用户或管理员运行的程序使用。

socket方法：

socket.socket(family=AF_INET, type=SOCK_STREAM, proto=0, fileno=None) 
    创建socket实例，family为地址簇，type为协议类型，
sk.bind(address)
　　s.bind(address) 将套接字绑定到地址。address地址的格式取决于地址族。在AF_INET下，以元组（host,port）的形式表示地址。
sk.listen(backlog)
　　开始监听传入连接。backlog指定在拒绝连接之前，可以挂起的最大连接数量。
      backlog等于5，表示内核已经接到了连接请求，但服务器还没有调用accept进行处理的连接个数最大为5
      这个值不能无限大，因为要在内核中维护连接队列
sk.setblocking(bool)
　　是否阻塞（默认True），如果设置False，那么accept和recv时一旦无数据，则报错。
sk.accept()
　　接受连接并返回（conn,address）,其中conn是新的套接字对象，可以用来接收和发送数据。address是连接客户端的地址。
　　接收TCP 客户的连接（阻塞式）等待连接的到来
sk.connect(address)
　　连接到address处的套接字。一般，address的格式为元组（hostname,port）,如果连接出错，返回socket.error错误。
sk.connect_ex(address)
　　同上，只不过会有返回值，连接成功时返回 0 ，连接失败时候返回编码，例如：10061
sk.close()
　　关闭套接字
sk.recv(bufsize[,flag])
　　接受套接字的数据。数据以字符串形式返回，bufsize指定最多可以接收的数量。flag提供有关消息的其他信息，通常可以忽略。
sk.recvfrom(bufsize[.flag])
　　与recv()类似，但返回值是（data,address）。其中data是包含接收数据的字符串，address是发送数据的套接字地址。
sk.send(string[,flag])
　　将string中的数据发送到连接的套接字。返回值是要发送的字节数量，该数量可能小于string的字节大小。即：可能未将指定内容全部发送。
sk.sendall(string[,flag])
　　将string中的数据发送到连接的套接字，但在返回之前会尝试发送所有数据。成功返回None，失败则抛出异常。
      内部通过递归调用send，将所有内容发送出去。
sk.sendto(string[,flag],address)
　　将数据发送到套接字，address是形式为（ipaddr，port）的元组，指定远程地址。返回值是发送的字节数。该函数主要用于UDP协议。
sk.settimeout(timeout)
　　设置套接字操作的超时期，timeout是一个浮点数，单位是秒。值为None表示没有超时期。一般，超时期应该在刚创建套接字时设置，因为它们可能用于连接的操作（如 client 连接最多等待5s ）
sk.getpeername()
　　返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。
sk.getsockname()
　　返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)
sk.fileno()
　　套接字的文件描述符

Socket server端

import socket
server = socket.socket()
server.bind(("localhost",333))
server.listen()
while True:
    try:
        conn,addr = server.accept()
    except ConnectionResetError as e:
        print(e)
#    server.setblocking(False)
    finally:
        while True:
            data = conn.recv(1024)
            if  not data:
                break
            print(data.decode())
            conn.send(data)
server.close()

Socket cliend端

import socket
client = socket.socket()
client.connect(("localhost",9998))
while True:
    message = input(">>:").strip()
    if len(message) == 0:
        continue
    client.send(message.encode())
    data = client.recv(1024)
    print(data.decode())
client.close()

上面代码只能连接一个客户端，但当客户端断开时server端会死掉。

socket server ：

创建socket server需要以下几步:

1、首先，您必须通过子类化BaseRequestHandlerclass并覆盖它的handle()方法来创建一个请求处理程序类，该方法将处理传入的请求。

2、其次，必须实例化一个服务器类，将其传递到服务器的地址和请求处理程序类。

3、然后调用服务器对象的handle_request()或serve_forever()方法来处理一个或多个请求。

4、最后，调用server_close()来关闭套接字。

简单的socket server：

import socketserver
class MySocket_server(socketserver.BaseRequestHandler):
    def handle(self):
        while True:
            self.data = self.request.recv(1024).strip()
            print(self.client_address)
            print(self.data)
            self.request.sendall(self.data.upper())
if __name__ == "__main__":
    HOST,PORT  = "localhost",8767
    server = socketserver.ThreadingTCPServer((HOST,PORT),MySocket_server)
    server.serve_forever()

此时还不能实现多客户端连接，需要多客户端连接需要改为：
server = socketserver.ThreadingTCPServer((HOST,PORT),MySocket_server)

Socket server其他的方法：

类socketserver。BaseServer(server_address RequestHandlerClass)
这是模块中所有服务器对象的超类。它定义了下面的接口，但是没有实现大多数方法，这些方法都是在子类中完成的。这两个参数存储在各自的serveraddress和RequestHandlerClass属性中。
fileno()
返回服务器正在监听的套接字的整数文件描述符。该函数通常被传递给选择器，以便在同一进程中监视多个服务器。
handle_request()
处理一个请求。这个函数按顺序调用以下方法:getrequest()、verifyrequest()和processrequest()。如果处理程序类的用户提供的handle()方法引发了一个异常，那么将调用服务器的handleerror()方法。如果在超时秒内没有收到请求，将调用handle超时()和handlerequest()将返回。
serve_forever(poll_interval = 0.5)
处理请求直到显式关闭()请求。每隔一段时间就关闭一次。忽略了超时属性。它还调用serviceactions()，它可以由子类或mixin来提供特定于给定服务的操作。例如，ForkingMixIn类使用serviceactions()来清理僵尸进程。
在3.3版中发生了更改:将serviceactions调用添加到serve永久性方法。
service_actions()
这在serve永存()循环中调用。这个方法可以被子类或mixin类覆盖，以执行特定于给定服务的操作，例如清理操作。
新的3.3版本中。
shutdown()
告诉serve永久性()循环停止并等待它的执行。
server_close()
清理服务器。可能会被覆盖。
address_family
服务器套接字所属的协议的家族。常见的例子是套接字。AF_INET socket.AF_UNIX。
RequestHandlerClass
用户提供的请求处理程序类;为每个请求创建该类的实例。
server_address
服务器正在监听的地址。地址的格式会根据协议的不同而有所不同;请参阅套接字模块的文档以获得详细信息。对于Internet协议，这是一个元组，其中包含一个给出地址的字符串，以及一个整数端口号:(“127.0.0.1”，80)。
套接字
服务器将侦听传入请求的套接字对象。
服务器类支持以下类变量:
allow_reuse_address
服务器是否允许重用一个地址。这个默认值为False，可以在子类中设置更改策略。
request_queue_size
请求队列的大小。如果处理单个请求需要很长时间，那么在服务器繁忙时到达的任何请求都会被放到队列中，直到请求队列大小的请求。一旦队列满了，来自客户机的进一步请求将得到一个“连接拒绝”错误。默认值通常为5，但这可以被子类覆盖。
socket_type
服务器使用的套接字类型;套接字。SOCK_STREAM套接字。sockdgram是两个常见的值。
超时
超时持续时间，以秒为单位，如果不需要超时，则为零。如果handlerequest()在超时期间没有收到传入的请求，则调用handle超时()方法。
有各种各样的服务器方法可以被像TCPServer这样的基服务器类的子类覆盖;这些方法对服务器对象的外部用户没有用处。
finish_request()
实际上，通过实例化RequestHandlerClass和调用它的handle()方法来处理请求。
get_request()
必须接受来自套接字的请求，并返回包含新的套接字对象的2元组，用于与客户端和客户端的地址进行通信。
client_address handle_error(请求)
如果RequestHandlerClass实例的handle()方法引发一个异常，就会调用该函数。默认的操作是将traceback打印到标准输出，并继续处理进一步的请求。
handle_timeout()
当超时属性被设置为一个值而不是None时，这个函数将被调用，并且超时时间已经过去，没有收到任何请求。forking服务器的默认操作是收集已经退出的任何子进程的状态，而在线程服务器中这个方法什么都不做。
client_address process_request(请求)
调用finish()来创建RequestHandlerClass的一个实例。如果需要，这个函数可以创建一个新的进程或线程来处理请求;ForkingMixIn和ThreadingMixIn类会这样做。
server_activate()
由服务器的构造函数调用来激活服务器。TCP服务器的默认行为仅在服务器的套接字上调用监听()。可能会被覆盖。
server_bind()
由服务器的构造函数调用，将套接字绑定到所需的地址。可能会被覆盖。
client_address verify_request(请求)
必须返回一个布尔值;如果值为True，

 通过I/O多路复用实现socket多并发：

selectors模块：

该模块允许基于select模块原语构建的高级别和高效的/输出多路复用。鼓励用户使用这个模块，除非他们希望对使用的os级别原语进行精确控制。

import selectors
import socket
sel = selectors.DefaultSelector()  #根据平台选择最佳的IO多路机制，比如linux就会选择epoll
def accept(sock,mask):
    conn,addr = sock.accept()
    print('accepted',conn,'ip',addr)
    sel.register(conn,selectors.EVENT_READ,read)
def read(conn,mask):
    try:
        data = conn.recv(1024)
    except ConnectionResetError as e:      #客户端断开后，服务端会死掉，抓住这个异常。
        print(e)
        print('closing',conn)
        sel.unregister(conn)
        conn.close
    else:
        print('echoing',repr(data),'to',conn)
        conn.send(data)
sock = socket.socket()
sock.bind(('localhost',2222))
sock.listen()
sock.setblocking(False)
sel.register(sock,selectors.EVENT_READ,accept) #注册功能
while True:
    events = sel.select()  #[(sock)，（），（）]   监听
    # print(key.data)       #accept   找出有活动的绑定函数
    # print(key.fileobj)    #sock     找出有活动的文件描述符
    for key,mask in events:
        callback = key.data
        callback(key.fileobj,mask)