python学习笔记（网络编程）

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。

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：

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：

一个小型服务器：

#Socket Server
import socket

s=socket.socket()

host=socket.gethostname()
port=1234
s.bind((host,port))

s.listen(5)
while True:
    c,addr=s.accept()
    print 'Got connection from',addr
    c.send('Thank you for connecting')
    c.close()

一个小型客户端：

#Socket Client
import socket

s=socket.socket()

host=socket.gethostname()
port=1234

s.connect((host,port))
print s.recv(1024)

运行时，请将对应的端口(这里是1234)添加到防火墙的InBound和OutBound的规则中。

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 urlopen
>>> webpage=urlopen('http://www.baidu.com')
>>> text=webpage.readline(36)
>>> print text
<!DOCTYPE html><!--STATUS OK--><html
>>>

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 urlopen
>>> webpage=urlopen(r'file:f:pythonmyDemogame.txt')
>>> txt=webpage.read()
>>> print txt
蛋蛋 1 10 10


>>>

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 urlretrieve
>>> webpage=urlretrieve('http://www.baidu.com','f:pythonmyDemowebpage.html')
>>> print type(webpage)
<type 'tuple'>
>>>

其他模块：

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

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,StreamRequestHandler

class Handler(StreamRequestHandler):
    def handle(self):
        addr=self.request.getpeername()
        print 'Got connection from',addr
        self.wfile.write('Thank you for connecting')

server=TCPServer(('',1234),handler)
server.serve_forever()

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)

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（使用了分叉(fork)，Windows系统不支持）：

from SocketServer import TCPServer,ForkingMixIn,StreamRequestHandler

class Server(ForkingMixIn,TCPServer):pass
class Handler(StreamRequestHandler):
    def handle(self):
        addr=self.request.getpeername()
        print 'Got connection from',addr
        self.wfile.write('Thank you for connecting')

server=TCPServer(('',1234),handler)
server.serve_forever()

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：

from SocketServer import TCPServer,ThreadingMixIn,StreamRequestHandler

class Server(ThreadingMixIn,TCPServer):pass
class Handler(StreamRequestHandler):
    def handle(self):
        addr=self.request.getpeername()
        print 'Got connection from',addr
        self.wfile.write('Thank you for connecting')

server=TCPServer(('',1234),handler)
server.serve_forever()

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,select

s=socket.socket()

host=socket.gethostname()
port=1234
s.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
            imputs.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：

import socket,select

s=socket.socket()

host=socket.gethostname()
port=1234
s.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:
                print fdmap[fd].getpeername(),'disconnected'
                p.unregister(fd)
                del fdmap[fd]            
            else:
                print data

Twisted

Twisted是用Python实现的基于事件驱动的网络引擎框架。

(参考资料：http://blog.csdn.net/hanhuili/article/details/9389433)。

下载和安装

windows下，可以直接下载安装进行安装 https://twistedmatrix.com/trac/wiki/Downloads

到此似乎安装成功了，但在使用twisted时，即引入twisted时，如：from twisted.internet.protocol import Protocol,ClientFactory

运行时会提示 ImportError: Twisted requires zope.interface 3.6.0 or later: no module named

所以还需要安装zope包，直接下载安装即可

https://pypi.python.org/pypi/zope.interface#downloads

使用twisted

from twisted.internet import reactor
from twisted.internet.protocol import Protocol,Factory

class 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 data

factory=Factory()
factory.protocol=SimpleLogger

reactor.listenTCP(1234,factory)
reactor.run()

使用LineReceiver协议改进的记录服务器：

from twisted.internet import reactor
from twisted.internet.protocol import Factory
from twisted.protocol.basic import LineReceiver

class 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 line

factory=Factory()
factory.protocol=SimpleLogger

reactor.listenTCP(1234,factory)
reactor.run()