Python的网络编程(六)

 

非阻塞或异步编程

例如，对于一个聊天室来说，因为有多个连接需要同时被处理，所以很显然，阻塞或同步的方法是不合适的，这就像买票只开了一个窗口，佷多人排队等一样。那么我们如何解决这个问题呢？主要有三种方法：forking、threading、异步I/O。

Forking和threading的方法非常简单，通过使用SocketServer服务类的min-in类就可以实现。forking只适用于类Unix平台；threading需要注意内存共享的问题。
异步I/O如果底层的方法来实现是有点困难的。要简单点，我们可以考虑使用标准库中的框架或Twisted(Twisted是一个非常强大的异步网络编程的框架）。

一、用ScoketServer实现Forking和threading

下面我们使用两个例子来分别创建forking服务器和threading服务器。

Forking 服务器：

from SocketServer import TCPServer, ForkingMixIn, StreamRequestHandler

class Server(ForkingMixIn, TCPServer): pass

class Handler(StreamRequestHandler):
    def handle(self):
        addr = self.request.getpeername()
        print 'Got connection from', addr
        self.wfile.write('Thank you for connecting')

server = Server(('', 1234), Handler)
server.serve_forever()

threading服务器：

from SocketServer import TCPServer, ThreadingMixIn, StreamRequestHandler

class Server(ThreadingMixIn, TCPServer): pass

class Handler(StreamRequestHandler):
    def handle(self):
        addr = self.request.getpeername()
        print 'Got connection from', addr
        self.wfile.write('Thank you for connecting')

server = Server(('', 1234), Handler)
server.serve_forever()

二、使用select实现异步I/O

所谓异步I/O，打个比方，就是如果一大群人都想你听他说话，那么你就给他们每人一分钟的时间说，大家轮流说，没说完的待会儿轮到时再继续说。也就是一个时间片的方法。

要实现异步I/O，我们可以通过使用框架asyncore/asynchat或Twisted，它们都是基于select函数或poll函数（poll只适于类Unix系统）的。select和poll函数都来自select模块。

select函数要求三个必须序列作为参数和一个可选的以秒为单位的超时值。序列中是表示文件描述符的整数值，它们是我们要等待的连接。这三个序列是关于输入、输出和异常条件的。如果超时值没有给出的话，select将处于阻塞状态（也就是等待）直到有文件描述符准备动作。如果超时值给出了，那么select只阻塞给定的时间。如果超时值是0的话，那么将不阻塞。select返回的值是一个由三个序列组成的元组，它们分别代表相应参数的活动的子集。例如，第一个序列返回的是用于读的输入文件描述符构成的序列。

序列可以包含文件对象（不适于Windows）或socket。下面这个例子创建一个使用select去服务几个连接的服务器（注意：服务端的socket自身也提供给了select，以便于它能够在有新的连接准备接受时发出信号通知）。这个服务器只是简单地打印接受自客户端的数据。你可以使用telnet（或写一个基于socket的简单的客户端）来连接测试它。

select server

import socket, select

s = socket.socket()
host = socket.gethostname()
port = 1234
s.bind((host, port))

s.listen(5)
inputs = [s]
while True:
    rs, ws, es = select.select(inputs, [], [])
    for r in rs:
        if r is s:
            c, addr = s.accept()
            print 'Got connection from', addr
            inputs.append(c)
        else:
            try:
                data = r.recv(1024)
                disconnected = not data
            except socket.error:
                disconnected = True

            if disconnected:
                print r.getpeername(), 'disconnected'
                inputs.remove(r)
            else:
                print data




三、Twisted

Twisted是针对Python的一个事件驱动的网络框架，最初是为了网络游戏而开发的，但是现在被应用于各类网络软件。用Twisted，你可以实现事件处理器，非常类似用GUI工具包(Tk, GTK, Qt, wxWidgets)。这部分我将介绍一些基本的概念和演示如何使用Twisted来做一些相对简单的网络编程。Twisted是非常强大的框架并提供了大量的支持，如：Web服务器和客户端、SSH2, SMTP, POP3, IMAP4, AIM, ICQ, IRC, MSN,Jabber, NNTP, DNS等等。

早先我们所写的基于socket的服务器，它们都有一个显示的事件循环：寻找新的连接和新的数据；基于SocketServer的服务器有一个隐含的循环：寻找连接和为连接创建处理器。但时处理器仍然时显示的读数据。

而Twisted使用了更多的基于事件的方式。要写一个基本的服务器，你要实现事件处理器，它处理诸如一个新的客户端连接、新的数据到达和客户端连接中断等情况。在Twisted中,你的事件处理器定义在一个protocol中；你也需要一个factory,当一个新的连接到达时它能够构造这个protocol对象，但是如果你仅仅想创建一个自定义的Protocol类的实例的话，你可以使用来自Twisted的factory，Factory类在模块twisted.internet.protocol中。当你写你的protocol时，使用twisted.internet.protocol模块中的Protocol作为你的父类。当你得到一个连接时，事件处理器connectionMade被调用；当你丢失了一个连接时，connectionLost被调用。从客户端接受数据使用处理器dataReceived。但是你不能使用事件处理策略向客户端发送数据；要向客户端发送数据，你可以使用self.transport，它有一个write方法。它也有一个client属性，其中包含了客户端的地址(主机名和端口)。

下面这个例子是一个Twisted版的服务器。其中实例化了Factory并设置了它的protocol属性以便它知道使用哪个protocol与客户端通信(这就是所谓的你的自定义protocol)。然后你使用factory开始监听指定的端口，factory通过实例化的protocol对象处理连接。监听使用reactor模块中的listenTCP函数。最后，你通过调用reactor模块中的run函数来开始服务器。

from twisted.internet import reactor
from twisted.internet.protocol import Protocol, Factory

# 定义你Protocol类
class SimpleLogger(Protocol):

    def connectionMade(self):
        print 'Got connection from', self.transport.client
    def connectionLost(self, reason):
        print self.transport.client, 'disconnected'
    def dataReceived(self, data):
        print data


# 实例化Factory

factory = Factory()

# 设置factory的protocol属性以便它知道使用哪个protocol与客户端通信(这就是所谓的你的自定义
# protocol)

factory.protocol = SimpleLogger

# 监听指定的端口

reactor.listenTCP(1234, factory)

# 开始运行主程序
reactor.run()

为你的处理目的而写一个自定义的protocol是很容易的。模块twisted.protocols.basic中包含了几个有用的已存在的protocol，其中的LineReceiver执行dataReceived并在接受到了一个完整的行时调用事件处理器lineReceived。如果当你在接受数据时除了使用lineReceived,还要做些别的，那么你可以使用LineReceiver定义的名为rawDataReceived事件处理器。下面是一使用LineReceiver的服务器例子：

from twisted.internet import reactor
from twisted.internet.protocol import Factory
from twisted.protocols.basic import LineReceiver

class SimpleLogger(LineReceiver):

    def connectionMade(self):
        print 'Got connection from', self.transport.client
    def connectionLost(self, reason):
        print self.transport.client, 'disconnected'
    def lineReceived(self, line):
        print line

factory = Factory()
factory.protocol = SimpleLogger
reactor.listenTCP(1234, factory)
reactor.run()