使用Python實現簡單的服務器功能

更新時間：2017年08月25日 16:41:17 作者：Cesto

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服務器，而所有語言使用socket的方式都類似(Apache就是使用C實現的服務器)

socket接口是實際上是操作系統提供的系統調用。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服務器，而所有語言使用socket的方式都類似(Apache就是使用C實現的服務器)

Web框架就是提前寫好了服務器。不能跨語言的使用框架?？蚣艿暮锰幵谟趲湍闾幚砹艘恍┘毠?jié)，從而實現快速開發(fā)，但同時受到python本身性能的限制。我們已經看到，許多成功的網站都是利用動態(tài)語言(比如Python, Ruby或者PHP，比如twitter和facebook)快速開發(fā)，在網站成功之后，將代碼轉換成諸如C和JAVA這樣一些效率比較高的語言，從而讓服務器能更有效率的面對每天億萬次的請求。

TCP/IP和socket

socket是進程間通信的一種方法，它是基于網絡傳輸協議的上層接口。socket有許多種類型，比如基于TCP協議或者UDP協議(兩種網絡傳輸協議)。其中又以TCP socket最為常用。TCP socket與雙向管道(duplex PIPE)有些類似，一個進程向socket的一端寫入或讀取文本流，而另一個進程可以從socket的另一端讀取或寫入，比較特別是，這兩個建立socket通信的進程可以分別屬于兩臺不同的計算機，只需要通過網絡鏈路和通信協議連同即可

TCP協議，就是規(guī)定了一些通信的守則，以便在網絡環(huán)境下能夠有效實現上述進程間通信過程。雙向管道(duplex PIPE)存活于同一臺電腦中，所以不必區(qū)分兩個進程的所在計算機的地址，而socket必須包含有地址信息，以便實現網絡通信。

一個socket包含四個地址信息: 兩臺計算機的IP地址和兩個進程所使用的端口(port)。IP地址用于定位計算機，而port用于定位進程 (一臺計算機上可以有多個進程分別使用不同的端口)。

TCP socket

我們可以讓某臺計算機作為服務器。服務器開放自己的端口，被動等待其他計算機連接我們這個port。當其他計算機作為客戶，主動使用socket連接到服務器的時候，服務器就開始為客戶提供服務。其實也就是二者建立了雙向聯通。

在Python中，我們使用標準庫中的socket包來進行底層的socket編程。

首先是服務器端，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。當有客戶嘗試用connect()方法連接的時候，服務器使用accept()接受連接，從而建立一個連接的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socket對象，并說明socket使用的是IPv4(AF_INET，IP version 4)
#和TCP協議(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 傳遞的數據必須是bytes。不能是str。發(fā)送和接收數據時做下編碼轉換就可以了。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 傳遞的數據必須是bytes。不能是str。發(fā)送和接收數據時做下編碼轉換就可以了。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socket的兩端都可以調用recv()方法來接收信息，調用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的兩個進程間進行通信了。當通信結束的時候，我們使用close()方法來關閉socket連接。

基于TCP socket的HTTP服務器

使用TCP socket來為兩臺遠程計算機建立連接，就可以通信了。
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用層的協議(比如HTTP協議)來規(guī)定socket使用規(guī)則，以及所傳輸信息的格式。

HTTP協議利用請求-回應(request-response)的方式來使用TCP socket。

客戶端向服務器發(fā)一段文本作為request，服務器端在接收到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本質上說是兩個文本，只是HTTP協議對這兩個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

服務器會根據request向客戶傳輸的兩條信息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協議規(guī)定的，表示服務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

主體信息為html或者jpg文件的內容。(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被認為是二進制(binary)文件，在UNIX系統下，則不需要區(qū)分文本文件和二進制文件。)

HttpClient.py

客戶端程序，你可以自己寫。當然一般用瀏覽器作為客戶端。

request由客戶端程序發(fā)給服務器。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由客戶發(fā)送給服務器，比如下面是一個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是請求服務器發(fā)送資源給客戶，POST是請求服務器接收客戶送來的數據。當我們打開一個網頁時，我們通常是使用GET方法；當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(服務器上的資源或者其它地方的資源)。像現在這樣，就是指向當前服務器的當前目錄的test.jpg。

按照HTTP協議的規(guī)定，服務器需要根據請求執(zhí)行一定的操作。正如我們在服務器程序中看到的，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。

Test

終端運行上面的Httpserver程序，作為服務器端，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

使用瀏覽器的調試功能 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)現正文的html文本中有，知道需要獲得text.jpg文件來補充為圖片，立即發(fā)出了第二個請求:

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

1) 在我們上面的服務器程序中，我們用while循環(huán)來讓服務器一直工作下去。實際上使用多線程的知識，將while循環(huán)中的內容改為多進程或者多線程工作。

2) 服務器程序還不完善，還可以讓Python程序調用Python的其他功能，以實現更復雜的功能。比如說制作一個時間服務器，讓服務器向客戶返回日期和時間。你還可以使用Python自帶的數據庫，來實現一個完整的LAMP服務器。

3) socket包是比較底層的包。Python標準庫中還有高層的包，比如SocketServer，SimpleHTTPServer，CGIHTTPServer，cgi。這些都包都是在幫助我們更容易的使用socket。這些包就很容易明白了。利用這些高層的包，你可以寫一個相當成熟的服務器。

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

總結

以上所述是小編給大家介紹的使用Python實現簡單的服務器功能，希望對大家有所幫助，如果大家有任何疑問請給我留言，小編會及時回復大家的。在此也非常感謝大家對腳本之家網站的支持！

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