优点:实现简单,占用资源少
缺点:无法同时处理多个客户端请求
适用情况:处理的任务可以很快完成,客户端无需长期占用服务端程序。udp比tcp更适合循环。
优点 : 资源消耗少,能同时高效处理多个IO行为
缺点 : 只能处理并发产生的IO事件,无法处理cpu计算
适用情况:HTTP请求,网络传输等都是IO行为。
优点:能同时满足多个客户端长期占有服务端需求,可以处理各种请求
缺点: 资源消耗较大
适用情况:客户端同时连接量较少,需要处理行为较复杂情况。
实现步骤
重点代码 (fork_server.py):
from socket import *
import os, sys
import signal
def handle(c):
print("客户端:", c.getpeername())
while True:
data = c.recv(1024)
if not data:
break
print(data.decode())
c.send(b'OK')
c.close()
# 创建监听套接字
HOST = "0.0.0.0"
PORT = 8888
ADDR = (HOST, PORT)
s = socket() # tcp套接字
s.setsockopt(SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, 1) # 设置端口立即重用
s.bind(ADDR)
s.listen(3)
# 僵尸进程处理
signal.signal(signal.SIGCHLD, signal.SIG_IGN)
print("Listen the port 8888...")
# 循环等待客户端连接
while True:
try:
c, addr = s.accept()
except KeyboardInterrupt:
sys.exit('服务器退出')
except Exception as e:
print(e)
continue
# 创建子进程处理客户端请求
pid = os.fork()
if pid == 0:
s.close() # 子进程不需要s
handle(c) # 具体处理客户端请求
os._exit(0)
# 父进程其实只用来处理客户端连接
else:
c.close() # 父进程不需要c
实现步骤
重点代码(thread_server.py):
from socket import *
from threading import Thread
import sys
# 客户端处理
def handle(c):
print("客户端:", c.getpeername())
while True:
data = c.recv(1024)
if not data:
break
print(data.decode())
c.send(b'OK')
c.close()
# 创建监听套接字
HOST = '0.0.0.0'
PORT = 8888
ADDR = (HOST, PORT)
s = socket() # tcp套接字
s.setsockopt(SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, 1) # 设置端口立即重用
s.bind(ADDR)
s.listen(3)
# 循环等待客户端连接
while True:
try:
c, addr = s.accept()
except KeyboardInterrupt:
sys.exit('服务器退出')
except Exception as e:
print(e)
continue
# 创建新的线程处理客户端请求
t = Thread(target=handle, args=(c,))
t.setDaemon(True) # 分支线程随主线程退出(这句话可加可不加)
t.start()
实现步骤(实现步骤与“基于fork的多进程网络并发模型”实现步骤相同)
重点代码(multi_server.py):
from socket import *
from multiprocessing import Process
import sys, signal
# 客户端处理
def handle(c):
print("客户端:", c.getpeername())
while True:
data = c.recv(1024)
if not data:
break
print(data.decode())
c.send(b'OK')
c.close()
# 创建监听套接字
HOST = '0.0.0.0'
PORT = 8888
ADDR = (HOST, PORT)
s = socket() # tcp套接字
s.setsockopt(SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, 1) # 设置端口立即重用
s.bind(ADDR)
s.listen(3)
# 僵尸进程处理
signal.signal(signal.SIGCHLD, signal.SIG_IGN)
# 循环等待客户端连接
while True:
try:
c, addr = s.accept()
except KeyboardInterrupt:
sys.exit('服务器退出')
except Exception as e:
print(e)
continue
# 创建新的线程处理客户端请求
p = Process(target=handle, args=(c,))
p.daemon = True # 子进程随父进程退出
p.start()
这部分感兴趣自己看一下
import sockectserver
通过模块提供的不同的类的组合来完成多进程或者多线程,tcp 或udp的网路并发模型
常用类说明
TCPServer:创建TCP服务端套接字
UDPServer:创建UDP服务端套接字
StreamRequestHandler:处理TCP客户端请求
DatageramRequestHandler:处理udp客户端请求
ForkingMinIn:创建多进程并发
ForkingTCPServer:ForkingMinIn + TCPServer
ForkingUDPServer:ForkingMinIn + UDPServer
ThreadingMixIn:创建多线程并发
ThreadingTCPServer :ThreadingMixIn + TCPServer
ThreadingUDPServer:ThreadingMixIn + UDPServer
步骤
【1】创建服务器类,通过选择继承的类,决定创建TCP或者UDP,多进程或者多线程确定定法类型
【2】创建请求处理类,根据服务类型选择stream处理类还是Datager处理类。重写handle方法,做具体的请求处理
【3】通过服务器类创建服务器对象,并绑定请求处理类
【4】通过富强武器对象,调用server_forever()启动服务
功能:
【1】 分为服务端和客户端,要求可以有多个客户端同时操作。
【2】 客户端可以查看服务器文件库中有什么文件。
【3】 客户端可以从文件库中下载文件到本地。
【4】 客户端可以上传一个本地文件到文件库。
【5】 使用print在客户端打印命令输入提示,引导操作。
ftp文件服务器思路分析:
程序下载
只针对IO行为
IO分类:阻塞IO ,非阻塞IO,IO多路复用,异步IO等
定义 :通过修改IO属性行为,使原本阻塞(因为某种执行条件没有满足造成的函数阻塞)的IO变为非阻塞的状态。
sockfd.setblocking(bool)
功能:设置套接字为非阻塞IO
参数:默认为True,表示套接字IO阻塞;设置为False则套接字IO变为非阻塞
sockfd.settimeout(sec)
功能:设置套接字的超时时间
参数:设置的时间
重点代码:
from socket import *
from time import sleep, ctime
f = open('log.txt', 'a+')
# tcp 套接字
sockfd = socket()
sockfd.bind(('127.0.0.1', 8888))
sockfd.listen(3)
# 设置套接字为非阻塞
# sockfd.setblocking(False) # 2s 写一条日志
# 超时检测
sockfd.settimeout(3) # 3+2 S 写一条日志
while True:
print("Waiting for connect...")
try:
connfd, addr = sockfd.accept()
except (BlockingIOError, timeout) as e:
# 每隔2s写入一条日志
sleep(2)
f.write("%s: %s\n" % (ctime(), e))
f.flush()
else:
data = connfd.recv(1024).decode()
print(data)
定义
同时监控多个IO事件,当哪个IO事件准备就绪就执行哪个IO事件。以此形成可以同时处理多个IO的行为,避免一个IO阻塞造成其他IO均无法执行,提高了IO执行效率。
具体方案
from select import select
rs, ws, xs = select(rlist, wlist, xlist[, timeout])
功能:监控IO事件,阻塞等待IO发生
参数:rlist 列表 存放关注的等待发生(被动发生的)的IO事件(例如:套接字等待连接accept)
wlist 列表 存放关注的要主动处理的IO事件(例如:TCP中的send)
xlist 列表 存放关注的出现异常要处理的IO(基本不用)
timeout 超时时间(可以无参)
返回值: rs 列表 rlist中准备就绪(已经发生的瞬间事件)的IO
ws 列表 wlist中准备就绪的IO
xs 列表 xlist中准备就绪的IO
示例代码:
from select import select
from socket import *
# 做几个IO用作监控
s = socket()
s.bind(('0.0.0.0', 8888))
s.listen(3)
fd = open('log.txt', 'a+')
print("开始提交监控的IO")
rs, ws, xs = select([s], [fd], [])
print("rs:", rs)
print("ws:", ws)
print("xs:", xs)
select 实现tcp服务
【1】将关注的IO放入对应的监控类别列表
【2】通过select函数进行监控
【3】遍历select返回值列表,确定就绪IO事件
【4】处理发生的IO事件
注意:
重点代码(select_server.py):
from socket import *
from select import select
# 创建一个监听套接字作为关注的IO
s = socket()
s.setsockopt(SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, 1) # 设置端口可以重用
s.bind(('0.0.0.0', 8888))
s.listen(5)
# 设置关注列表
rlist = [s]
wlist = []
xlist = []
while True:
# 循环监控IO的发生
rs, ws, xs = select(rlist, wlist, xlist)
# 遍历三个返回列表,判断哪个IO发生
for r in rs:
# 如果是套接字就绪则处理连接
if r is s:
c, addr = r.accept()
print("Connect from", addr)
rlist.append(c) # 增加新的关注IO事件
# else为客户端套接字就绪情况
else: # r is c
data = r.recv(1024)
# 客户端退出
if not data:
rlist.remove(r) # 从关注列表移除
r.close()
continue # 继续处理其他就绪IO
print("Receive:", data.decode())
# r.send(b'OK')
# 我们希望主动处理这个IO对象
wlist.append(r)
for w in ws:
w.send(b'OK')
wlist.remove(w) # 使用后移除
for x in xs:
pass
e.g. 14 --> 01110
19 --> 10011
14 & 19 = 00010 = 2 一0则0
14 | 19 = 11111 = 31 一1则1
14 ^ 19 = 11101 = 29 相同为0不同为1
14 << 2 = 111000 = 56 向左移动低位补0
14 >> 2 = 11 = 3 向右移动去掉低位
p = select.poll()
功能 : 创建poll对象
返回值: poll对象
p.register(fd,event)
功能: 注册关注的IO事件
参数:fd 要关注的IO
event 要关注的IO事件类型
常用类型:POLLIN 读IO事件(rlist)
POLLOUT 写IO事件 (wlist)
POLLERR 异常IO (xlist)
POLLHUP 断开连接
e.g. p.register(sockfd,POLLIN|POLLERR) 同时关注多个事件
p.unregister(fd)
功能:取消对IO的关注
参数:IO对象或者IO对象的fileno
events = p.poll()
功能: 阻塞等待监控的IO事件发生
返回值: 返回发生的IO
events格式 [(fileno,event),()....]
每个元组为一个就绪IO,元组第一项是该IO的fileno,第二项为该IO就绪的事件类型
poll_server 步骤
【1】创建套接字
【2】将套接字register
【3】创建查找字典,并维护
【4】循环监控IO发生
【5】处理发生的IO
次重点代码(poll_server.py):
from socket import *
from select import *
# 设置套接字为关注IO
s = socket()
s.setsockopt(SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, 1)
s.bind(('0.0.0.0', 8888))
s.listen(5)
# 创建poll对象关注s
p = poll()
# 建立查找字典{fileno:io_obj},用于通过文件描述符fileno查找IO对象
fdmap = {s.fileno(): s}
# 设置关注IO
p.register(s, POLLIN | POLLERR)
# 循环监控IO事件发生
while True:
events = p.poll() # 阻塞等待IO发生
# 循环遍历发生的事件 fd-->fileno
for fd, event in events:
# 区分事件进行处理
if fd == s.fileno():
c, addr = fdmap[fd].accept()
print("Connect from", addr)
# 添加新的关注IO
p.register(c, POLLIN | POLLERR)
fdmap[c.fileno()] = c # 维护字典
# elif event & POLLHUP: # 客户端断开
# print("客户端退出")
# p.unregister(fd) # 取消关注
# fdmap[fd].close()
# del fdmap[fd] # 从字典删除
elif event & POLLIN: # 客户端发消息
data = fdmap[fd].recv(1024)
# 断开(POLLERR)发生时data得到空,此时POLLIN也会就绪
if not data:
p.unregister(fd) # 取消关注
fdmap[fd].close()
del fdmap[fd] # 从字典删除
continue
print("Receive:", data.decode())
fdmap[fd].send(b'OK')
使用方法 : 基本与poll相同
生成对象改为 epoll()
将所有事件类型改为EPOLL类型
epoll特点:
epoll 效率比select、poll要高
epoll 监控IO数量比select要多
epoll 的触发方式比poll要多 (EPOLLET边缘触发)
次重点代码(epoll_server.py):
from socket import *
from select import *
# 创建套接字
s = socket()
s.setsockopt(SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, 1)
s.bind(('0.0.0.0', 8888))
s.listen(3)
# 创建epoll对象关注s
ep = epoll()
# 建立查找字典,用于通过fileno查找IO对象
fdmap = {s.fileno(): s}
# 关注s
ep.register(s, EPOLLIN | EPOLLERR)
# 循环监控
while True:
events = ep.poll()
print(events)
# 循环遍历发生的事件 fd-->fileno
for fd, event in events:
# 区分事件进行处理
if fd == s.fileno():
c, addr = fdmap[fd].accept()
print("Connect from", addr)
# 添加新的关注IO
# 将触发方式变为边缘触发(EPOLLET)
ep.register(c, EPOLLIN | EPOLLERR | EPOLLET)
fdmap[c.fileno()] = c # 维护字典
# # 按位与判定是EPOLLIN就绪
# elif event & EPOLLIN:
# data = fdmap[fd].recv(1024)
# if not data:
# ep.unregister(fd) # 取消关注
# fdmap[fd].close()
# del fdmap[fd] # 从字典中删除
# continue
# print("Receive:", data.decode())
# fdmap[fd].send(b'OK')
优点:
【1】协程完成多任务占用计算资源很少
【2】由于协程的多任务切换在应用层完成,因此切换开销少
【3】协程为单线程程序,无需进行共享资源同步互斥处理
缺点:协程的本质是一个单线程,无法利用计算机多核资源
python3.5以后,使用标准库asyncio和async/await 语法来编写并发代码。asyncio库通过对异步IO行为的支持完成python的协程。
虽然官方说asyncio是未来的开发方向,但是由于其生态不够丰富,大量的客户端不支持awaitable需要自己去封装,所以在使用上存在缺陷。更多时候只能使用已有的异步库(asyncio等),功能有限
程序实现(async_test.py 了解即可):
import asyncio
import time
now = lambda: time.time()
async def do_work(x):
print("Waiting:", x)
await asyncio.sleep(x) # 阻塞自动跳转(无法使用日常的IO阻塞性为,所以该标准库日常中几乎不使用)
return "Done after %s s" % x
start = now()
# 生成协程对象
cor1 = do_work(1)
cor2 = do_work(2)
cor3 = do_work(3)
# 将协程对象生成一个可轮寻操作的对象列表
tasks = [
asyncio.ensure_future(cor1),
asyncio.ensure_future(cor2),
asyncio.ensure_future(cor3)
]
# 得到轮寻对象调用run启动协程执行
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))
print("Time:", now() - start)
greenlet.greenlet(func)
功能:创建协程对象
参数:协程函数
g.switch()
功能:选择要执行的协程函数
实现代码(greenlet_test.py):
from greenlet import greenlet
def test1():
print("执行test1")
gr2.switch()
print("结束test1")
gr2.switch()
def test2():
print("执行test2")
gr1.switch()
print("结束test2")
# 将函数变成协程
gr1 = greenlet(test1)
gr2 = greenlet(test2)
gr1.switch() # 选择执行协程1
# 返回结果
'''
执行test1
执行test2
结束test1
结束test2
'''
gevent.spawn(func,argv)
功能: 生成协程对象
参数:func 协程函数
argv 给协程函数传参(不定参)
返回值: 协程对象
gevent.joinall(list,[timeout])
功能: 阻塞等待协程执行完毕
参数:list 协程对象列表
timeout 超时时间
gevent.sleep(sec)
功能: gevent睡眠阻塞
参数:睡眠时间
* gevent协程只有在遇到gevent指定的阻塞行为时才会自动在协程之间进行跳转,如:gevent.joinall(),gevent.sleep()带来的阻塞
实现代码(gevent_test.py):
import gevent
# 协程函数
def foo(a,b):
print("Running foo ...",a,b)
gevent.sleep(2)
print("Foo again")
def bar():
print("Running bar ...")
gevent.sleep(3)
print("bar again")
# 将函数封装为协程,遇到gevent阻塞自动执行
f = gevent.spawn(foo,1,2)
b = gevent.spawn(bar)
gevent.joinall([f,b]) # 阻塞等待[]中的协成结束
作用:在gevent协程中,协程只有遇到gevent指定类型的阻塞才能跳转到其他协程,因此,我们希望将普通的IO阻塞行为转换为可以触发gevent协程跳转的阻塞,以提高执行效率。
转换方法:gevent 提供了一个脚本程序monkey,可以修改底层解释IO阻塞的行为,将很多普通阻塞转换为gevent阻塞。
使用方法:
【1】导入monkey
from gevent import monkey
【2】运行相应的脚本,例如转换socket中所有阻塞
monkey.patch_socket()
【3】 如果将所有可转换的IO阻塞全部转换则运行all
monkey.patch_all()
【4】注意:脚本运行函数需要在对应模块导入前执行
实现代码(gevent_server.py):
import gevent
from gevent import monkey
monkey.patch_all() # 该句执行在导入socket前
from socket import *
# 处理客户端请求
def handle(c):
while True:
data = c.recv(1024)
if not data:
break
print(data.decode())
c.send(b'OK')
c.close()
# 创建TCP套接字
s = socket()
s.bind(('0.0.0.0', 8888))
s.listen(5)
while True:
c, addr = s.accept()
print("Connect from", addr)
# handle(c) # 循环方案
gevent.spawn(handle, c) # 协程方案
s.close()
主要功能 :
【1】 接收客户端(浏览器)请求
【2】 解析客户端发送的请求
【3】 根据请求组织数据内容
【4】 将数据内容形参http响应格式返回给浏览器
升级点 :
【1】 采用IO并发,可以满足多个客户端同时发起请求情况
【2】 做基本的请求解析,根据具体请求返回具体内容,同时满足客户端简单的非网页请求情况
【3】 通过类接口形式进行功能封装
httpserver 2.0
技术点:
【1】使用tcp通信
【2】select io多路复用
结构:采用类封装
类的接口设计:
【1】在用户使用角度进行工作流程设计
【2】尽可能提供全面的功能,能为用户决定的在类中实现
【3】不能替用户决定的变量可以通过实例化对象传入类中
【4】不能替用户决定的复杂功能,可以通过重写让用户自己决定
程序实现(httpserver.py):
from socket import *
from select import select
# 将具体http server功能封装
class HTTPServer:
def __init__(self, server_address, static_dir):
# 添加属性
self.server_address = server_address
self.static_dir = static_dir
self.rlist = []
self.wlist = []
self.xlist = []
self.create_socket()
self.bind()
# 创建套接字
def create_socket(self):
self.sockfd = socket()
self.sockfd.setsockopt(SOL_SOCKET,
SO_REUSEADDR, 1)
def bind(self):
self.sockfd.bind(self.server_address)
self.ip = self.server_address[0]
self.port = self.server_address[1]
# 启动服务
def serve_forever(self):
self.sockfd.listen(5)
print("Listen the port %d" % self.port)
self.rlist.append(self.sockfd)
while True:
rs, ws, xs = select(self.rlist, self.wlist,
self.xlist)
for r in rs:
if r is self.sockfd:
c, addr = r.accept()
print("Connect from", addr)
self.rlist.append(c)
else:
# 处理浏览器请求
self.handle(r)
# 具体处理请求
def handle(self, connfd):
# 接收http请求
request = connfd.recv(4096)
# 防止客户端断开
if not request:
self.rlist.remove(connfd)
connfd.close()
return
# 请求解析
request_line = request.splitlines()[0]
info = request_line.decode().split(' ')[1]
print(connfd.getpeername(), ":", info)
# info分为访问网页或者其他内容
if info == '/' or info[-5:] == '.html':
self.get_html(connfd, info)
else:
self.get_data(connfd, info)
self.rlist.remove(connfd)
connfd.close()
# 处理网页请求
def get_html(self, connfd, info):
if info == '/':
filename = self.static_dir + "/index.html"
else:
filename = self.static_dir + info
try:
fd = open(filename)
except Exception:
# 没有网页
responseHeaders = "HTTP/1.1 404 Not Found\r\n"
responseHeaders += '\r\n'
responseBody = "Sorry,Not found the page"
else:
# 存在网页
responseHeaders = "HTTP/1.1 200 OK\r\n"
responseHeaders += '\r\n'
responseBody = fd.read()
finally:
response = responseHeaders + responseBody
connfd.send(response.encode())
# 其他情况
def get_data(self, connfd, info):
responseHeaders = "HTTP/1.1 200 OK\r\n"
responseHeaders += '\r\n'
responseBody = "Waiting for httpserver 3.0"
response = responseHeaders + responseBody
connfd.send(response.encode())
if __name__ == "__main__":
"""
希望通过HTTPServer类快速搭建http服务
用以展示自己的网页
"""
# 用户自己决定的内容:地址、内容
server_addr = ('0.0.0.0', 8000) # 服务器地址
static_dir = './static' # 网页存放位置
httpd = HTTPServer(server_addr, static_dir) # 生成实例对象
httpd.serve_forever() # 启动http服务