WiseDoge 2017-08-25
socket接口是实际上是操作系统提供的系统调用。socket的使用并不局限于Python语言,你可以用C或者Java来写出同样的socket服务器,而所有语言使用socket的方式都类似(Apache就是使用C实现的服务器)
Web框架就是提前写好了服务器。不能跨语言的使用框架。框架的好处在于帮你处理了一些细节,从而实现快速开发,但同时受到python本身性能的限制。我们已经看到,许多成功的网站都是利用动态语言(比如Python, Ruby或者PHP,比如twitter和facebook)快速开发,在网站成功之后,将代码转换成诸如C和JAVA这样一些效率比较高的语言,从而让服务器能更有效率的面对每天亿万次的请求。
TCP/IP和socket
socket是进程间通信的一种方法 ,它是基于网络传输协议的上层接口。socket有许多种类型,比如基于TCP协议或者UDP协议(两种网络传输协议)。其中又以TCP socket最为常用。TCP socket与双向管道(duplex PIPE)有些类似,一个进程向socket的一端写入或读取文本流,而另一个进程可以从socket的另一端读取或写入,比较特别是,这两个建立socket通信的进程可以分别属于两台不同的计算机,只需要通过网络链路和通信协议连同即可
TCP协议,就是规定了一些通信的守则,以便在网络环境下能够有效实现上述进程间通信过程。双向管道(duplex PIPE)存活于同一台电脑中,所以不必区分两个进程的所在计算机的地址,而socket必须包含有地址信息,以便实现网络通信。
一个socket包含四个地址信息: 两台计算机的IP地址和两个进程所使用的端口(port)。IP地址用于定位计算机,而port用于定位进程 (一台计算机上可以有多个进程分别使用不同的端口)。
TCP socket
我们可以让某台计算机作为服务器。服务器开放自己的端口,被动等待其他计算机连接我们这个port。当其他计算机作为客户,主动使用socket连接到服务器的时候,服务器就开始为客户提供服务。其实也就是二者建立了双向联通。
在Python中,我们使用标准库中的socket包来进行底层的socket编程。
首先是服务器端,我们使用bind()方法来赋予socket以固定的地址和端口,并使用listen()方法来被动的监听该端口。当有客户尝试用connect()方法连接的时候,服务器使用accept()接受连接,从而建立一个连接的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()创建一个socket对象,并说明socket使用的是IPv4(AF_INET,IP version 4) #和TCP协议(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 传递的数据必须是bytes。不能是str。发送和接收数据时做下编码转换就可以了。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 传递的数据必须是bytes。不能是str。发送和接收数据时做下编码转换就可以了。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()
我们对socket的两端都可以调用recv()方法来接收信息,调用sendall()方法来发送信息。这样,我们就可以在分处于两台计算机的两个进程间进行通信了。当通信结束的时候,我们使用close()方法来关闭socket连接。
基于TCP socket的HTTP服务器
使用TCP socket来为两台远程计算机建立连接,就可以通信了。
然而socket传输自由度太高,从而带来很多安全和兼容的问题。我们往往利用一些应用层的协议(比如HTTP协议)来规定socket使用规则,以及所传输信息的格式。
HTTP协议利用请求-回应(request-response)的方式来使用TCP socket。
客户端向服务器发一段文本作为request,服务器端在接收到request之后,向客户端发送一段文本作为response。
在完成了这样一次request-response交易之后,TCP socket被废弃。下次的request将建立新的socket。
request和response本质上说是两个文本,只是HTTP协议对这两个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()
解读
服务器会根据request向客户传输的两条信息text_content和pic_content中的一条,作为response文本。
整个response分为起始行(start line), 头信息(head)和主体(body)三部分。
起始行就是第一行:HTTP/1.x 200 OK 它实际上又由空格分为三个片段,HTTP/1.x表示所使用的HTTP版本,200表示状态(status code),200是HTTP协议规定的,表示服务器正常接收并处理请求,OK是供人来阅读的status code。
头信息跟随起始行,它和主体之间有一个空行。这里的text_content或者pic_content都只有一行的头信息,text_content用来表示主体信息的类型为html文本:Content-Type: text/html
主体信息为html或者jpg文件的内容。(注意,对于jpg文件,我们使用'rb'模式打开,是为了与windows兼容。因为在windows下,jpg被认为是二进制(binary)文件,在UNIX系统下,则不需要区分文本文件和二进制文件。)
HttpClient.py
客户端程序,你可以自己写。当然一般用浏览器作为客户端。
request由客户端程序发给服务器。尽管request也可以像response那样分为三部分,但是request的格式与response的格式并不相同。request由客户发送给服务器,比如下面是一个request:
GET /test.jpg HTTP/1.x Accept: text/*
起始行可以分为三部分,第一部分为请求方法(request method),第二部分是URL,第三部分为HTTP版本。request method可以有GET, PUT, POST, DELETE, HEAD。最常用的为GET和POST。GET是请求服务器发送资源给客户,POST是请求服务器接收客户送来的数据。当我们打开一个网页时,我们通常是使用GET方法;当我们填写表格并提交时,我们通常使用POST方法。第二部分为URL,它通常指向一个资源(服务器上的资源或者其它地方的资源)。像现在这样,就是指向当前服务器的当前目录的test.jpg。
按照HTTP协议的规定,服务器需要根据请求执行一定的操作。正如我们在服务器程序中看到的,我们的Python程序先检查了request的方法,随后根据URL的不同,来生成不同的response(text_content或者pic_content)。随后,这个response被发送回给客户端。
Test
终端运行上面的Httpserver程序,作为服务器端,再打开一个浏览器作为客户端。(如果有时间,你也完全可以用Python写一个客户端。原理与上面的TCP socket的客户端程序相类似。)
在浏览器的地址栏输入:127.0.0.1:8000
使用浏览器的调试功能 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
浏览器接收到text_content之后,发现正文的html文本中有,知道需要获得text.jpg文件来补充为图片,立即发出了第二个请求:
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/
小结
1) 在我们上面的服务器程序中,我们用while循环来让服务器一直工作下去。实际上使用多线程的知识,将while循环中的内容改为多进程或者多线程工作。
2) 服务器程序还不完善,还可以让Python程序调用Python的其他功能,以实现更复杂的功能。比如说制作一个时间服务器,让服务器向客户返回日期和时间。你还可以使用Python自带的数据库,来实现一个完整的LAMP服务器。
3) socket包是比较底层的包。Python标准库中还有高层的包,比如SocketServer,SimpleHTTPServer,CGIHTTPServer,cgi。这些都包都是在帮助我们更容易的使用socket。这些包就很容易明白了。利用这些高层的包,你可以写一个相当成熟的服务器。
4) 在经历了所有的麻烦之后,发现框架是那么的方便,所以决定去使用框架。当然也可以参与到框架开发的热情。
总结