快捷導(dǎo)航

使用Python實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的服務(wù)器功能

更新時(shí)間：2017年08月25日 16:41:17 作者：Cesto

socket的使用并不局限于Python語(yǔ)言，你可以用C或者Java來(lái)寫(xiě)出同樣的socket服務(wù)器，而所有語(yǔ)言使用socket的方式都類(lèi)似(Apache就是使用C實(shí)現(xiàn)的服務(wù)器)

socket接口是實(shí)際上是操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用。socket的使用并不局限于Python語(yǔ)言，你可以用C或者Java來(lái)寫(xiě)出同樣的socket服務(wù)器，而所有語(yǔ)言使用socket的方式都類(lèi)似(Apache就是使用C實(shí)現(xiàn)的服務(wù)器)

Web框架就是提前寫(xiě)好了服務(wù)器。不能跨語(yǔ)言的使用框架。框架的好處在于幫你處理了一些細(xì)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)發(fā)，但同時(shí)受到python本身性能的限制。我們已經(jīng)看到，許多成功的網(wǎng)站都是利用動(dòng)態(tài)語(yǔ)言(比如Python, Ruby或者PHP，比如twitter和facebook)快速開(kāi)發(fā)，在網(wǎng)站成功之后，將代碼轉(zhuǎn)換成諸如C和JAVA這樣一些效率比較高的語(yǔ)言，從而讓服務(wù)器能更有效率的面對(duì)每天億萬(wàn)次的請(qǐng)求。

TCP/IP和socket

socket是進(jìn)程間通信的一種方法，它是基于網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的上層接口。socket有許多種類(lèi)型，比如基于TCP協(xié)議或者UDP協(xié)議(兩種網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議)。其中又以TCP socket最為常用。TCP socket與雙向管道(duplex PIPE)有些類(lèi)似，一個(gè)進(jìn)程向socket的一端寫(xiě)入或讀取文本流，而另一個(gè)進(jìn)程可以從socket的另一端讀取或?qū)懭?，比較特別是，這兩個(gè)建立socket通信的進(jìn)程可以分別屬于兩臺(tái)不同的計(jì)算機(jī)，只需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)鏈路和通信協(xié)議連同即可

TCP協(xié)議，就是規(guī)定了一些通信的守則，以便在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下能夠有效實(shí)現(xiàn)上述進(jìn)程間通信過(guò)程。雙向管道(duplex PIPE)存活于同一臺(tái)電腦中，所以不必區(qū)分兩個(gè)進(jìn)程的所在計(jì)算機(jī)的地址，而socket必須包含有地址信息，以便實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。

一個(gè)socket包含四個(gè)地址信息: 兩臺(tái)計(jì)算機(jī)的IP地址和兩個(gè)進(jìn)程所使用的端口(port)。IP地址用于定位計(jì)算機(jī)，而port用于定位進(jìn)程 (一臺(tái)計(jì)算機(jī)上可以有多個(gè)進(jìn)程分別使用不同的端口)。

TCP socket

我們可以讓某臺(tái)計(jì)算機(jī)作為服務(wù)器。服務(wù)器開(kāi)放自己的端口，被動(dòng)等待其他計(jì)算機(jī)連接我們這個(gè)port。當(dāng)其他計(jì)算機(jī)作為客戶(hù)，主動(dòng)使用socket連接到服務(wù)器的時(shí)候，服務(wù)器就開(kāi)始為客戶(hù)提供服務(wù)。其實(shí)也就是二者建立了雙向聯(lián)通。

在Python中，我們使用標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的socket包來(lái)進(jìn)行底層的socket編程。

首先是服務(wù)器端，我們使用bind()方法來(lái)賦予socket以固定的地址和端口，并使用listen()方法來(lái)被動(dòng)的監(jiān)聽(tīng)該端口。當(dāng)有客戶(hù)嘗試用connect()方法連接的時(shí)候，服務(wù)器使用accept()接受連接，從而建立一個(gè)連接的socket：

server.py

import socket
# Address
HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8000
# Configure socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((HOST, PORT))
#socket.socket()創(chuàng)建一個(gè)socket對(duì)象，并說(shuō)明socket使用的是IPv4(AF_INET，IP version 4)
#和TCP協(xié)議(SOCK_STREAM)。
# passively wait, 3: maximum number of connections in the queue
s.listen(3)
# accept and establish connection
conn, addr = s.accept()
# receive message
request = conn.recv(1024)
print ('request is: ',request)
print ('Connected by', addr)
# send message
reply = 'Yes'
""" 
好像3.* socket.send 傳遞的數(shù)據(jù)必須是bytes。不能是str。發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)做下編碼轉(zhuǎn)換就可以了。修改如下：s.sendall(request.encode())
"""
conn.sendall(reply.encode())
# close connection
conn.close()

client.py

import socket
# Address
HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8000
request = 'can you hear me?'
# configure socket
s    = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect((HOST, PORT))
"""

好像3.* socket.send 傳遞的數(shù)據(jù)必須是bytes。不能是str。發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)做下編碼轉(zhuǎn)換就可以了。修改如下：s.sendall(request.encode())

"""
# send message
s.sendall(request.encode())
# receive message
reply  = s.recv(1024)
print ('reply is: ',reply)
# close connection
s.close()

我們對(duì)socket的兩端都可以調(diào)用recv()方法來(lái)接收信息，調(diào)用sendall()方法來(lái)發(fā)送信息。這樣，我們就可以在分處于兩臺(tái)計(jì)算機(jī)的兩個(gè)進(jìn)程間進(jìn)行通信了。當(dāng)通信結(jié)束的時(shí)候，我們使用close()方法來(lái)關(guān)閉socket連接。

基于TCP socket的HTTP服務(wù)器

使用TCP socket來(lái)為兩臺(tái)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)建立連接，就可以通信了。
然而socket傳輸自由度太高，從而帶來(lái)很多安全和兼容的問(wèn)題。我們往往利用一些應(yīng)用層的協(xié)議(比如HTTP協(xié)議)來(lái)規(guī)定socket使用規(guī)則，以及所傳輸信息的格式。

HTTP協(xié)議利用請(qǐng)求-回應(yīng)(request-response)的方式來(lái)使用TCP socket。

客戶(hù)端向服務(wù)器發(fā)一段文本作為request，服務(wù)器端在接收到request之后，向客戶(hù)端發(fā)送一段文本作為response。

在完成了這樣一次request-response交易之后，TCP socket被廢棄。下次的request將建立新的socket。

request和response本質(zhì)上說(shuō)是兩個(gè)文本，只是HTTP協(xié)議對(duì)這兩個(gè)文本都有一定的格式要求。

Httpserver.py

import socket
# Address
HOST = ''
PORT = 8000
# Prepare HTTP response
text_content = '''HTTP/1.x 200 OK 
Content-Type: text/html
<head>
<title>WOW</title>
</head>
<html>
<p>Wow, Python Server</p>
<IMG src="test.jpg"/>
</html>
'''
# Read picture, put into HTTP format
f = open('test.jpg','rb')
pic_content = '''
HTTP/1.x 200 OK 
Content-Type: image/jpg
'''
pic_content = pic_content.bytes()+ f.read()
f.close()
# Configure socket
s  = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((HOST, PORT))
# infinite loop, server forever
while True:
  # 3: maximum number of requests waiting
  s.listen(3)
  conn, addr = s.accept()
  request  = conn.recv(1024)
  method  = request.split(' ')[0]
  src      = request.split(' ')[1]
  # deal with GET method
  if method == 'GET':
    # ULR  
    if src == '/test.jpg':
      content = pic_content
    else: content = text_content
    print ('Connected by', addr)
    print ('Request is:', request)
    conn.sendall(content.bytes())
  # close connection
  conn.close()

解讀

服務(wù)器會(huì)根據(jù)request向客戶(hù)傳輸?shù)膬蓷l信息text_content和pic_content中的一條，作為response文本。

整個(gè)response分為起始行(start line), 頭信息(head)和主體(body)三部分。

起始行就是第一行:HTTP/1.x 200 OK 它實(shí)際上又由空格分為三個(gè)片段，HTTP/1.x表示所使用的HTTP版本，200表示狀態(tài)(status code)，200是HTTP協(xié)議規(guī)定的，表示服務(wù)器正常接收并處理請(qǐng)求，OK是供人來(lái)閱讀的status code。

頭信息跟隨起始行，它和主體之間有一個(gè)空行。這里的text_content或者pic_content都只有一行的頭信息，text_content用來(lái)表示主體信息的類(lèi)型為html文本：Content-Type: text/html

主體信息為html或者jpg文件的內(nèi)容。(注意，對(duì)于jpg文件，我們使用'rb'模式打開(kāi)，是為了與windows兼容。因?yàn)樵趙indows下，jpg被認(rèn)為是二進(jìn)制(binary)文件，在UNIX系統(tǒng)下，則不需要區(qū)分文本文件和二進(jìn)制文件。)

HttpClient.py

客戶(hù)端程序，你可以自己寫(xiě)。當(dāng)然一般用瀏覽器作為客戶(hù)端。

request由客戶(hù)端程序發(fā)給服務(wù)器。盡管request也可以像response那樣分為三部分，但是request的格式與response的格式并不相同。request由客戶(hù)發(fā)送給服務(wù)器，比如下面是一個(gè)request：

GET /test.jpg HTTP/1.x
Accept: text/*

起始行可以分為三部分，第一部分為請(qǐng)求方法(request method)，第二部分是URL，第三部分為HTTP版本。request method可以有GET， PUT， POST， DELETE， HEAD。最常用的為GET和POST。GET是請(qǐng)求服務(wù)器發(fā)送資源給客戶(hù)，POST是請(qǐng)求服務(wù)器接收客戶(hù)送來(lái)的數(shù)據(jù)。當(dāng)我們打開(kāi)一個(gè)網(wǎng)頁(yè)時(shí)，我們通常是使用GET方法；當(dāng)我們填寫(xiě)表格并提交時(shí)，我們通常使用POST方法。第二部分為URL，它通常指向一個(gè)資源(服務(wù)器上的資源或者其它地方的資源)。像現(xiàn)在這樣，就是指向當(dāng)前服務(wù)器的當(dāng)前目錄的test.jpg。

按照HTTP協(xié)議的規(guī)定，服務(wù)器需要根據(jù)請(qǐng)求執(zhí)行一定的操作。正如我們?cè)诜?wù)器程序中看到的，我們的Python程序先檢查了request的方法，隨后根據(jù)URL的不同，來(lái)生成不同的response(text_content或者pic_content)。隨后，這個(gè)response被發(fā)送回給客戶(hù)端。

Test

終端運(yùn)行上面的Httpserver程序，作為服務(wù)器端，再打開(kāi)一個(gè)瀏覽器作為客戶(hù)端。(如果有時(shí)間，你也完全可以用Python寫(xiě)一個(gè)客戶(hù)端。原理與上面的TCP socket的客戶(hù)端程序相類(lèi)似。)
在瀏覽器的地址欄輸入:127.0.0.1:8000

使用瀏覽器的調(diào)試功能 F12

GET / HTTP/1.1
Host: 127.0.0.1:8000
User-Agent: Mozilla/5.0 (X11; Ubuntu; Linux x86_64; rv:14.0) Gecko/20100101 Firefox/14.0.1
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8
Accept-Language: en-us,en;q=0.5
Accept-Encoding: gzip, deflate
Connection: keep-alive

瀏覽器接收到text_content之后，發(fā)現(xiàn)正文的html文本中有，知道需要獲得text.jpg文件來(lái)補(bǔ)充為圖片，立即發(fā)出了第二個(gè)請(qǐng)求:

GET /test.jpg HTTP/1.1
Host: 127.0.0.1:8000
User-Agent: Mozilla/5.0 (X11; Ubuntu; Linux x86_64; rv:14.0) Gecko/20100101 Firefox/14.0.1
Accept: image/png,image/*;q=0.8,*/*;q=0.5
Accept-Language: en-us,en;q=0.5
Accept-Encoding: gzip, deflate
Connection: keep-alive
Referer: http://127.0.0.1:8000/

小結(jié)

1) 在我們上面的服務(wù)器程序中，我們用while循環(huán)來(lái)讓服務(wù)器一直工作下去。實(shí)際上使用多線程的知識(shí)，將while循環(huán)中的內(nèi)容改為多進(jìn)程或者多線程工作。

2) 服務(wù)器程序還不完善，還可以讓Python程序調(diào)用Python的其他功能，以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能。比如說(shuō)制作一個(gè)時(shí)間服務(wù)器，讓服務(wù)器向客戶(hù)返回日期和時(shí)間。你還可以使用Python自帶的數(shù)據(jù)庫(kù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的LAMP服務(wù)器。

3) socket包是比較底層的包。Python標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中還有高層的包，比如SocketServer，SimpleHTTPServer，CGIHTTPServer，cgi。這些都包都是在幫助我們更容易的使用socket。這些包就很容易明白了。利用這些高層的包，你可以寫(xiě)一個(gè)相當(dāng)成熟的服務(wù)器。

4) 在經(jīng)歷了所有的麻煩之后，發(fā)現(xiàn)框架是那么的方便，所以決定去使用框架。當(dāng)然也可以參與到框架開(kāi)發(fā)的熱情。

總結(jié)

以上所述是小編給大家介紹的使用Python實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的服務(wù)器功能，希望對(duì)大家有所幫助，如果大家有任何疑問(wèn)請(qǐng)給我留言，小編會(huì)及時(shí)回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對(duì)腳本之家網(wǎng)站的支持！

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