【循序渐进学Python】15.网络编程

2019-11-14 17:32:26

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供稿：网友

Python 内置封装了很多常见的网络协议的库，因此Python成为了一个强大的网络编程工具，这里是对Python的网络方面编程的一个简单描述。

1. 常用的网络设计模块

在标准库中有很多网络设计相关的模块，除了那些明确处理网络事务的模块外，还有很多模块也是是和网络相关的，下面是几个常用的网络设计模块：

1.1 socket 模块

socket 模块是网络编程中的基础组件。socket 主要的作用就是作为两个程序之间的“通信信道”，不同进程(不同主机)可以通过socket相互发送信息，以达到网络通信的目的。socket 包括两个部分：服务端和客户端。服务端监听端口号，等待客户端发送的消息；而客户端在需要发送信息是，连接服务端，将信息发送出去即可。下面是一个简单的同步网络编程的简单示例：

这是Socket Server 部分：

import sockets = socket.socket()host = socket.gethostname()port = 8088s.bind((host,port))s.listen(5)while True:	c, addr = s.accept()	PRint 'Got connection from', addr	c.send('Thank you for connection')	c.close()

这是Socket Client 部分：

import sockets = socket.socket()host = socket.gethostname()port = 8088s.connect((host,port))print s.recv(1024)

运行时，请将对应的端口(这里是8088)添加到防火墙的InBound和OutBound的规则中。

1.2 urllib 和 urllib2 模块

urllib 和 urllib2 是Python标准库中最强的的网络工作库。通过这两个库所提供的上层接口，使我们可以像读取本地文件一样读取网络上的文件。而且 urllib2 并不是 urllib 的升级版本(应该是一种补充)，二者是不可相互替代的。

通过使用 urllib 的 urlopen 函数可以很容易的打开远程的文件，如下：

from urllib import urlopenwebpage = urlopen('http://www.VEVb.com/iprograming/')txt = webpage.readline(45)print txt  # !DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0

也可以通过在通过在路径的前面添加 file： 来访问本地文件：

from urllib import urlopenwebpage = urlopen(r'file:D:/H/sr23upd/ADD_ABBR.txt')txt = webpage.readline(45)print txt

如果你还可以通过 urllib 提供的 urlretrieve函数，来直接保存远程文件副本：

from urllib import urlretrievewebpage = urlretrieve('http://www.VEVb.com/IPrograming/','C://temp.html')print type(webpage) # <type 'tuple'>

1.3 其他与网络相关的模块

除了 socket、urllib和urllib2这些模块以外标准库还有很多和网络相关的模块，下面的列表是其中的一部分：

===========================================================模块                        描述===========================================================asynchat                asyncore的增强版本                 asyncore                异步socket处理程序                 cgi                     基本的CGI支持                      Cookie                  Cookie对象操作，主要用于服务器操作 cookielib               客户端cookie支持                   email                   E-mail消息支持(包括MIME)           ftplib                  FTP客户端模块                      gopherlib               gopher客户端博客                   httplib                 HTTP客户端模块                     imaplib                 IMAP4客户端模块                    mailbox                 读取几种邮件的格式                 mailcap                 通过mailcap文件访问MIME配置        mhlib                   访问MH邮箱                         nntplib                 NNTP客户端模块                     poplib                  POP客户端模块                      robotparser             支持解析Web服务器的robot文件       SimplexmlRPCServer      一个简单的XML-RPC服务器            stmpd                   SMTP服务器模块                     smtplib                 SMTP客户端模块                     telnetlib               Telnet客户端模块                   urlparse                支持解析URL                        xmlrpclib               XML-RPC的客户端支持

2. SocketServer

SocketServer模块是标准库中很多其他服务器框架的基础，这些服务器框架包括：BaseHTTPServer、SimpleHTTPServer、CGIHTTPServer、SimpleXMLRPCServer和DocXMLRPCServer，这些服务框架都是在基础框架上增加了特定的功能。SocketServer包含了4个基本的类：

TCPServer，针对TCP的Socket
UDPServer，针对UDP数据报的Socket
UnixStreamServer
UnixDatagramServer

下面是一个基于SocketServer的简单Socket Server端示例：

from SocketServer import TCPServer, StreamRequestHandlerclass Handler(StreamRequestHandler):	def handle(self):		addr = self.request.getpeername()		self.wfile.write('Thank you for connectiong')server = TCPServer(('',8088),Handler)server.serve_forever()

3. 多连接

一般情况下Socket中的Client端常常不止一个，想要使Socket Server端能同时处理多个Client的连接一般由三种主要的方法：

分叉(forking)(windows 不支持)
线程(threading)
异步I/O(asynchronous I/O)

3.1 使用分叉

分叉(fork)是一个UNIX术语；当分叉一个进程(一个运行的程序)时，基本上时复制了它，并且分叉后的两个进程都从当前执行的点继续运行，并且每个进程都有自己的内存副本。一个进程(开始的那个)成为另一个进程的(复制的，也就是子进程)的父进程。在一个使用分叉的服务器中，每个客户端连接都利用分叉创建一个子进程。父进程继续监听连接，同时子进程处理客户端。当客户端的请求结束时，子进程退出。分叉的进程是并行执行的，客户端直接不必相互等待。分叉的缺点是比较耗费资源(每个分叉出来的进程都需要自己的内存)。下面是一个使用分叉创建Socket服务端的示例：

# --coding:utf-8--# 使用了分叉(fork)，Windows系统不支持from SocketServer import TCPServer, ForkingMixIn, StreamRequestHandlerclass Server(ForkingMixIn, TCPServer):passclass Handler(StreamRequestHandler):	def handle(self):		addr = self.request.getpeername()		print 'Got connection from', addr		self.wfile.write('Thank you for connectiong')server = Server(('',1234),Handler)server.serve_forever()

3.2 使用线程

线程是轻量级的进程或子进程，所有的线程都存在于相同的进程(一个运行的程序)中，且共享内存。虽然使用多线程相对于分叉占用的资源较少，但是由于共享内存，所有必需要确保它们的变量不会冲突，或者是同一时间修改同一内容，这样会造成混乱。这些问题可以归结为同步问题。下面是使用多线程的一个简单示例：

# --coding:utf-8--# 使用多线程from SocketServer import TCPServer, ThreadingMixIn, StreamRequestHandlerclass Server(ThreadingMixIn,TCPServer):passclass Handler(StreamRequestHandler):	def handle(self):		addr = self.request.getpeername()		print 'Got connection from', addr		self.wfile.write('Thank you for connection')server = Server(('',1234),Handler)server.serve_forever()

3.3 带有 select 和 poll 的异步I/O

在Python中的异步I/O的基础就是 select 模块的 select 函数。标准库中的 asyncore 和 asynchat 模块对它们进行了进一步的包装，可以从更高层次来处理异步I/O。poll 函数和 select 函数一样，也属于 select 模块，这两个函数的功能基本一样，相对而言 poll 的伸缩性更好，但其职能在UNIX系统使用使用。

select 函数需要3个序列作为它的必选参数(输入、输出、异常情况)，第四个参数是可选的，表示以秒为单位的超时时间。下面是一个使用 select 的简单示例：

import socket, selects = socket.socket()host = socket.gethostname()port = 1234s.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

poll 方法比 select 使用起来简单，下面的时候就是上面示例的 poll 版本：

# -- coding: utf-8 --# Windows 系统不支持pollimport socket, selects = socket.socket()host = socket.gethostname()port = 1234s.bind((host,port))fdmap = {s.fileno(): s}s.listen(5)p = select.poll()p.register(s)while True:	events = p.poll()	for fd, event in events:		if fd in fdmap:			c, addr = s.accept()			print 'Got connection from', addr			p.register(c)			fdmap[c.fileno()] = c		elif event & select.POLLIN:			data = fdmap[fd].recv(1024)			if not data:# 如果没有数据，关闭连接				print fdmap[fd].getpeername(), 'disconnected'				p.unregister(fd)				del fdmap[fd]			else:				print data

4. 使用Twisted

Twisted 是一个事件驱动的Python网络框架。使用 Twisted 框架首先需要单独下载安装。我们可以使用pip包管理工具来进行安装，参考：http://www.VEVb.com/IPrograming/p/Python_module_package.html。下面是使用Twisted的两个简单示例：

4.1 使用 Twisted

from twisted.internet import reactorfrom twisted.internet.protocol import Protocol, Factoryclass 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 datafactory = Factory()factory.protocol = SimpleLoggerreactor.listenTCP(1234,factory)reactor.run()

使用LineReceiver协议改进的版本：

from twisted.internet import reactorfrom twisted.internet.protocol import Factoryfrom twisted.protocols.basic import LineReceiverclass 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 linefactory = Factory()factory.protocol = SimpleLoggerreactor.listenTCP(1234, factory)reactor.run()