用Python實現簡單的服務器【新手必學】


如何實現服務器。。。

socket接口是實際上是操作系統提供的系統調用。socket的使用並不局限於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。框架的好處在於幫你處理了一些細節,從而實現快速開發,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語言(比如Python, Ruby或者PHP,比如twitter和facebook)快速開發,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。
--ps: 另外很多人在學習Python的過程中,往往因為沒有好的教程或者沒人指導從而導致自己容易放棄,為此我建了個Python交流.裙 :一久武其而而流一思(數字的諧音)轉換下可以找到了,里面有最新Python教程項目可拿,不懂的問題多跟里面的人交流,都會解決哦!

TCP/IP和socket
socket是進程間通信的一種方法 ,它是基於網絡傳輸協議的上層接口。socket有許多種類型,比如基於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於兩台不同的計算機,只需要通過網絡鏈路和通信協議連同即可
TCP協議,就是規定了一些通信的守則,以便在網絡環境下能夠有效實現上述進程間通信過程。雙向管道(duplex PIPE)存活於同一台電腦中,所以不必區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: 兩台計算機的IP地址和兩個進程所使用的端口(port)。IP地址用於定位計算機,而port用於定位進程 (一台計算機上可以有多個進程分別使用不同的端口)。

TCP socket
我們可以讓某台計算機作為服務器。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,我們使用標准庫中的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,並使用listen()方法來被動的監聽該端口。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()創建一個socket對象,並說明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()方法來發送信息。這樣,我們就可以在分處於兩台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。

基於TCP socket的HTTP服務器
使用TCP socket來為兩台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)來規定socket使用規則,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。

客戶端向服務器發一段文本作為request,服務器端在接收到request之后,向客戶端發送一段文本作為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(status code),200是HTTP協議規定的,表示服務器正常接收並處理請求,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,對於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的格式並不相同。request由客戶發送給服務器,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;當我們填寫表格並提交時,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協議的規定,服務器需要根據請求執行一定的操作。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標准庫中還有高層的包,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的熱情。
—ps::另外很多人在學習Python的過程中,往往因為沒有好的教程或者沒人指導從而導致自己容易放棄,為此我建了個Python交流.裙 :一久武其而而流一思(數字的諧音)轉換下可以找到了,里面有最新Python教程項目可拿,不懂的問題多跟里面的人交流,都會解決哦!

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