之前我的Python教程中有人留言，表示只學(xué)Python沒有用，必須學(xué)會一個框架(比如Django和web.py)才能找到工作。而我的想法是，掌握一個類似于框架的高級工具是有用的，但是基礎(chǔ)的東西可以讓你永遠(yuǎn)不被淘汰。不要被工具限制了自己的發(fā)展。今天，我在這里想要展示的，就是不使用框架，甚至不使用Python標(biāo)準(zhǔn)庫中的高級包，只使用標(biāo)準(zhǔn)庫中的socket接口(我不是很明白套接字這個翻譯，所以使用socket的英文名字)，寫一個Python服務(wù)器。

在當(dāng)今Python服務(wù)器框架 (framework, 比如Django, Twisted, web.py等等) 橫行的時代，從底層的socket開始寫服務(wù)器似乎是一個出力不討好的笨方法?？蚣艿囊饬x在于掩蓋底層的細(xì)節(jié)，提供一套對于開發(fā)人員更加友好的API，并處理諸如MVC的布局問題。框架允許我們快速的構(gòu)建一個成型而且成熟的Python服務(wù)器。然而，框架本身也是依賴于底層(比如socket)。對于底層socket的了解，不僅可以幫助我們更好的使用框架，更可以讓我們明白框架是如何設(shè)計的。更進(jìn)一步，如果擁有良好的底層socket編程知識和其他系統(tǒng)編程知識，你完全可以設(shè)計并開發(fā)一款自己的框架。如果你可以從底層socket開始，實現(xiàn)一個完整的Python服務(wù)器，支持用戶層的協(xié)議，并處理好諸如MVC(Model-View-Control)、多線程(threading)等問題，并整理出一套清晰的函數(shù)或者類，作為接口(API)呈現(xiàn)給用戶，你就相當(dāng)于設(shè)計了一個框架。

socket接口是實際上是操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用。socket的使用并不局限于Python語言，你可以用C或者JAVA來寫出同樣的socket服務(wù)器，而所有語言使用socket的方式都類似(Apache就是使用C實現(xiàn)的服務(wù)器)。而你不能跨語言的使用框架。框架的好處在于幫你處理了一些細(xì)節(jié)，從而實現(xiàn)快速開發(fā)，但同時受到Python本身性能的限制。我們已經(jīng)看到，許多成功的網(wǎng)站都是利用動態(tài)語言(比如Python, Ruby或者PHP，比如twitter和facebook)快速開發(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言，從而讓服務(wù)器能更有效率的面對每天億萬次的請求。在這樣一些時間，底層的重要性，就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了框架。

下面的一篇文章雖然是在談JAVA，但我覺得也適用于Python的框架之爭。

http://yakovfain.com/2012/10/11/the-degradation-of-java-developers/

TCP/IP和socket

我們需要對網(wǎng)絡(luò)傳輸，特別是TCP/IP協(xié)議和socket有一定的了解。socket是進(jìn)程間通信的一種方法 (參考Linux進(jìn)程間通信)，它是基于網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的上層接口。socket有許多種類型，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)有些類似，一個進(jìn)程向socket的一端寫入或讀取文本流，而另一個進(jìn)程可以從socket的另一端讀取或?qū)懭?#xff0c;比較特別是，這兩個建立socket通信的進(jìn)程可以分別屬于兩臺不同的計算機(jī)。所謂的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)境下能夠有效實現(xiàn)上述進(jìn)程間通信過程。雙向管道(duplex PIPE)存活于同一臺電腦中，所以不必區(qū)分兩個進(jìn)程的所在計算機(jī)的地址，而socket必須包含有地址信息，以便實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。一個socket包含四個地址信息: 兩臺計算機(jī)的IP地址和兩個進(jìn)程所使用的端口(port)。IP地址用于定位計算機(jī)，而port用于定位進(jìn)程 (一臺計算機(jī)上可以有多個進(jìn)程分別使用不同的端口)。

一個TCP socket連接的網(wǎng)絡(luò)

TCP socket

在互聯(lián)網(wǎng)上，我們可以讓某臺計算機(jī)作為服務(wù)器。服務(wù)器開放自己的端口，被動等待其他計算機(jī)連接。當(dāng)其他計算機(jī)作為客戶，主動使用socket連接到服務(wù)器的時候，服務(wù)器就開始為客戶提供服務(wù)。

在Python中，我們使用標(biāo)準(zhǔn)庫中的socket包來進(jìn)行底層的socket編程。

首先是服務(wù)器端，我們使用bind()方法來賦予socket以固定的地址和端口，并使用listen()方法來被動的監(jiān)聽該端口。當(dāng)有客戶嘗試用connect()方法連接的時候，服務(wù)器使用accept()接受連接，從而建立一個連接的socket：

# Written by Vamei# Server sideimport socket# AddressHOST = ''PORT = 8000reply = 'Yes'# Configure sockets = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)s.bind((HOST, PORT))# passively wait, 3: maximum number of connections in the queues.listen(3)# accept and establish connectionconn, addr = s.accept()# receive messagerequest = conn.recv(1024)print 'request is: ',requestprint 'Connected by', addr# send messageconn.sendall(reply)# close connectionconn.close()

socket.socket()創(chuàng)建一個socket對象，并說明socket使用的是IPv4(AF_INET，IP version 4)和TCP協(xié)議(SOCK_STREAM)。

然后用另一臺電腦作為客戶，我們主動使用connect()方法來搜索服務(wù)器端的IP地址(在Linux中，你可以用$ifconfig來查詢自己的IP地址)和端口，以便客戶可以找到服務(wù)器，并建立連接:

# Written by Vamei# Client sideimport socket# AddressHOST = '172.20.202.155'PORT = 8000request = 'can you hear me?'# configure sockets ? ?= socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)s.connect((HOST, PORT))# send messages.sendall(request)# receive messagereply ? = s.recv(1024)print 'reply is: ',reply# close connections.close()

在上面的例子中，我們對socket的兩端都可以調(diào)用recv()方法來接收信息，調(diào)用sendall()方法來發(fā)送信息。這樣，我們就可以在分處于兩臺計算機(jī)的兩個進(jìn)程間進(jìn)行通信了。當(dāng)通信結(jié)束的時候，我們使用close()方法來關(guān)閉socket連接。

(如果沒有兩臺計算機(jī)做實驗，也可以將客戶端IP想要connect的IP改為"127.0.0.1"，這是個特殊的IP地址，用來連接當(dāng)?shù)刂鳈C(jī)。)

基于TCP socket的HTTP服務(wù)器

上面的例子中，我們已經(jīng)可以使用TCP socket來為兩臺遠(yuǎn)程計算機(jī)建立連接。然而，socket傳輸自由度太高，從而帶來很多安全和兼容的問題。我們往往利用一些應(yīng)用層的協(xié)議(比如HTTP協(xié)議)來規(guī)定socket使用規(guī)則，以及所傳輸信息的格式。

HTTP協(xié)議利用請求-回應(yīng)(request-response)的方式來使用TCP socket?？蛻舳讼蚍?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)上說是兩個文本，只是HTTP協(xié)議對這兩個文本都有一定的格式要求。

request-response cycle

現(xiàn)在，我們寫出一個HTTP服務(wù)器端：

# Written by Vameiimport socket# AddressHOST = ''PORT = 8000# Prepare HTTP responsetext_content = '''HTTP/1.x 200 OK Content-Type: text/htmlWOW

Wow, Python Server

'''# Read picture, put into HTTP formatf = open('test.jpg','rb')pic_content = '''HTTP/1.x 200 OK Content-Type: image/jpg'''pic_content = pic_content + f.read()f.close()# Configure sockets = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)s.bind((HOST, PORT))# infinite loop, server foreverwhile 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) # close connection conn.close()

深入HTTP服務(wù)器程序

如我們上面所看到的，服務(wù)器會根據(jù)request向客戶傳輸?shù)膬蓷l信息text_content和pic_content中的一條，作為response文本。整個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

它實際上又由空格分為三個片段，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求，OK是供人來閱讀的status code。

頭信息跟隨起始行，它和主體之間有一個空行。這里的text_content或者pic_content都只有一行的頭信息，text_content用來表示主體信息的類型為html文本：

Content-Type: text/html

而pic_content的頭信息(Content-Type: image/jpg)說明主體的類型為jpg圖片(image/jpg)。

主體信息為html或者jpg文件的內(nèi)容。

(注意，對于jpg文件，我們使用'rb'模式打開，是為了與windows兼容。因為在windows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。)

我們并沒有寫客戶端程序，后面我們會用瀏覽器作為客戶端。request由客戶端程序發(fā)給服務(wù)器。盡管request也可以像response那樣分為三部分，request的格式與response的格式并不相同。request由客戶發(fā)送給服務(wù)器，比如下面是一個request：

GET /test.jpg HTTP/1.xAccept: text/*

起始行可以分為三部分，第一部分為請求方法(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是請求服務(wù)器發(fā)送資源給客戶，POST是請求服務(wù)器接收客戶送來的數(shù)據(jù)。當(dāng)我們打開一個網(wǎng)頁時，我們通常是使用GET方法；當(dāng)我們填寫表格并提交時，我們通常使用POST方法。第二部分為URL，它通常指向一個資源(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)請求執(zhí)行一定的操作。正如我們在服務(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，來生成不同的response(text_content或者pic_content)。隨后，這個response被發(fā)送回給客戶端。

使用瀏覽器實驗

為了配合上面的服務(wù)器程序，我已經(jīng)在放置Python程序的文件夾里，保存了一個test.jpg圖片文件。我們在終端運行上面的Python程序，作為服務(wù)器端，再打開一個瀏覽器作為客戶端。(如果有時間，你也完全可以用Python寫一個客戶端。原理與上面的TCP socket的客戶端程序相類似。)

在瀏覽器的地址欄輸入:

127.0.0.1:8000

(當(dāng)然，你也可以用令一臺電腦，并輸入服務(wù)器的IP地址。) 我得到下面的結(jié)果:

OK，我已經(jīng)有了一個用Python實現(xiàn)的，并從socket寫起的服務(wù)器了。

從終端，我們可以看到，瀏覽器實際上發(fā)出了兩個請求。第一個請求為 (關(guān)鍵信息在起始行，這一個請求的主體為空):

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

我們的Python程序根據(jù)這個請求，發(fā)送給服務(wù)器text_content的內(nèi)容。

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文件來補(bǔ)充為圖片，立即發(fā)出了第二個請求:

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

我們的Python程序分析過起始行之后，發(fā)現(xiàn)/test.jpg符合if條件，所以將pic_content發(fā)送給客戶。

最后，瀏覽器根據(jù)html語言的語法，將html文本和圖畫以適當(dāng)?shù)姆绞斤@示出來。(html可參考http://www.w3schools.com/html/default.asp)

探索的方向

1) 在我們上面的服務(wù)器程序中，我們用while循環(huán)來讓服務(wù)器一直工作下去。實際上，我們還可以根據(jù)我之前介紹的多線程的知識，將while循環(huán)中的內(nèi)容改為多進(jìn)程或者多線程工作。(參考Python多線程與同步，Python多進(jìn)程初步，Python多進(jìn)程探索)

2) 我們的服務(wù)器程序還不完善，我們還可以讓我們的Python程序調(diào)用Python的其他功能，以實現(xiàn)更復(fù)雜的功能。比如說制作一個時間服務(wù)器，讓服務(wù)器向客戶返回日期和時間。你還可以使用Python自帶的數(shù)據(jù)庫，來實現(xiàn)一個完整的LAMP服務(wù)器。

3) socket包是比較底層的包。Python標(biāo)準(zhǔn)庫中還有高層的包，比如SocketServer，SimpleHTTPServer，CGIHTTPServer，cgi。這些都包都是在幫助我們更容易的使用socket。如果你已經(jīng)了解了socket，那么這些包就很容易明白了。利用這些高層的包，你可以寫一個相當(dāng)成熟的服務(wù)器。

4) 在經(jīng)歷了所有的辛苦和麻煩之后，你可能發(fā)現(xiàn)，框架是那么的方便，所以決定去使用框架。或者，你已經(jīng)有了參與到框架開發(fā)的熱情。

多說一句，很多人學(xué)Python過程中會遇到各種煩惱問題，沒有人解答容易放棄。小編是一名python開發(fā)工程師，這里有我自己整理了一套最新的python系統(tǒng)學(xué)習(xí)教程，包括從基礎(chǔ)的python腳本到web開發(fā)、爬蟲、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化、機(jī)器學(xué)習(xí)等。想要這些資料的可以關(guān)注小編，并在后臺私信小編：“01”即可領(lǐng)取。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的python socket清空接受区_原始Python服务器的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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