【Python】使用socketserver建立一个异步TCP服务器

概述

这篇文章是讲解如何使用socketserver建立一个异步TCP服务器，其中Python版本为3.5.1。

socketserver主要的类

socketserver模块中的类主要有以下几个：
1、BaseServer 包含服务器的核心功能与混合类（mix-in）的钩子功能。这个类主要用于派生，不要直接生成这个类的类对象，可以考虑使用TCPServer和UDPServer类。
2、TCPServer：基本的网络同步TCP服务器
3、UDPServer：基本的网络同步UDP服务器
4、ForkingMixIn：实现了核心的进程化功能，用于与服务器类进行混合(mix-in)，以提供一些异步特性。不要直接生成这个类的对象。
5、ThreadingMixIn：实现了核心的线程化功能，用于与服务器类进行混合(mix-in)，以提供一些异步特性。不要直接生成这个类的对象。
6、ForkingTCPServer： ForkingMixIn与TCPServer的组合
7、ForkingUDPServer：ForkingMixIn与UDPServer的组合
8、BaseRequestHandler：基本的请求处理类
9、StreamRequestHandler：TCP请求处理类的一个实现
10、DataStreamRequestHandler：UDP请求处理类的一个实现

BaseRequestHandler类

BaseRequestHandler类的实例h可以实现以下方法：

1、h.handle() 调用该方法执行实际的请求操作。调用该函数可以不带任何参数，但是几个实例变量包含有用的值。h.request包含请求，h.client_address包含客户端地址，h.server包含调用处理程序的实例。对于TCP之类的数据流服务，h.request属性是套接字对象。对于数据报服务，它是包含收到数据的字节字符串。

2、h.setup() 该方法在handle()之前调用。默认情况下，它不执行任何操作。如果希望服务器实现更多连接设置（如建立SSL连接），可以在这里实现。

3、h.finish() 调用本方法可以在执行完handle()之后执行清除操作。默认情况下，它不执行任何操作。如果setup()和handle()方法都不生成异常，则无需调用该方法。

官方例程

首先上官方给出的例程：

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<span style="font-size:14px;">import socket  

import threading
import socketserver
class ThreadedTCPRequestHandler(socketserver.BaseRequestHandler):
def handle(self):
        data = str(self.request.recv(1024), 'ascii')
        cur_thread = threading.current_thread()
        response = bytes("{}: {}".format(cur_thread.name, data), 'ascii')
self.request.sendall(response)
class ThreadedTCPServer(socketserver.ThreadingMixIn, socketserver.TCPServer):
pass
def client(ip, port, message):
    with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as sock:
        sock.connect((ip, port))
        sock.sendall(bytes(message, 'ascii'))
        response = str(sock.recv(1024), 'ascii')
print("Received: {}".format(response))
if __name__ == "__main__":
# Port 0 means to select an arbitrary unused port
    HOST, PORT = "localhost", 0
    server = ThreadedTCPServer((HOST, PORT), ThreadedTCPRequestHandler)
    ip, port = server.server_address
# Start a thread with the server -- that thread will then start one
# more thread for each request
    server_thread = threading.Thread(target=server.serve_forever)
# Exit the server thread when the main thread terminates
    server_thread.daemon = True
    server_thread.start()
print("Server loop running in thread:", server_thread.name)
    client(ip, port, "Hello World 1")
    client(ip, port, "Hello World 2")
    client(ip, port, "Hello World 3")
    server.shutdown()
    server.server_close()</span>  

client函数是建立一个客户端，可以不用管它。主要部分是在于主函数，ThreadedTCPServer类和ThreadedTCPRequestHandler类。ThreadedTCPServer类继承了BaseRequestHandler类，ThreadedTCPRequestHandler继承了ThreadingMixIn和TCPServer

正常输入如下：

$ python ThreadedTCPServer.py
Server loop running in thread: Thread-1
Received: Thread-2: Hello World 1
Received: Thread-3: Hello World 2
Received: Thread-4: Hello World 3

增加功能

上面部分主要是讲解官方的例程，下面这一部分是博主自己增加的功能。

1、获取客户端的ip和port

如果想在TCP建立连接后打印「<ip>:<port> is connect!」信息出来，并获取客户端的ip地址和端口信息，可以在ThreadedTCPRequestHandler类里面改写setup函数。

 [python] view plain copy

 client_addr = []  

 class ThreadedTCPRequestHandler(socketserver.BaseRequestHandler):  

     def setup(self):
         ip = self.client_address[0].strip()     # 获取客户端的ip
         port = self.client_address[1]           # 获取客户端的port
         print(ip+":"+str(port)+" is connect!")
         client_addr.append(self.client_address) # 保存到队列中  

     def handle(self):
         data = str(self.request.recv(1024), 'ascii')
         cur_thread = threading.current_thread()
         response = bytes("{}: {}".format(cur_thread.name, data), 'ascii')
         self.request.sendall(response)  

 

在主函数中添加下面语句，即可打印出连接过的客户端信息：

 [python] view plain copy

 print("\nclient_addr:"+str(client_addr))  

 

2、保持TCP长连接

官方例程中是建立了TCP连接后就马上断开，如果想建立长连接，可以在handle函数中添加while循环，同时修改代码为：先判断缓冲区是否有数据，有数据才进行响应；改写finish函数，可以看到finish的信息并没有打印出来。如果注释掉while循环语句，可以看到finish的信息会打印出来。

 [python] view plain copy

 class ThreadedTCPRequestHandler(socketserver.BaseRequestHandler):  

     def setup(self):
         ip = self.client_address[0].strip()     # 获取客户端的ip
         port = self.client_address[1]           # 获取客户端的port
         print(ip+":"+str(port)+" is connect!")
         client_addr.append(self.client_address) # 保存到队列中  

     def handle(self):
         while True: # while循环
             data = str(self.request.recv(1024), 'ascii')
             if data:    # 判断是否接收到数据
                 cur_thread = threading.current_thread()
                 response = bytes("{}: {}".format(cur_thread.name, data), 'ascii')
                 self.request.sendall(response)  

     def finish(self):
         print("client is disconnect!") 

 

 

感谢评论区歇业的渔夫的建议，while True 循环建立长连接的方式非常占用CPU资源，最好在循环里面增加一个time.sleep(0.1)的休眠。

3、服务器给客户端发送请求

现在的例程是在ThreadedTCPRequestHandler类里面调用self.request.sendall方法来给客户端发送数据，而且只能被动发送数据，如果我想主动给客户端发送数据，又该怎么办呢？下面是实现服务器主动给客户端发送请求的功能。

 

TCP连接想要发送数据，只要找到相关的方法直接调用即可，于是我对ThreadedTCPServer这个类的实例server的方法找了好久，也没有找到发送的方法。后来我查资料注意到了一句话：「对于TCP之类的数据流服务，h.request属性是套接字对象。」我觉得我可以这样做：使用这个套接字对象发送数据。经过尝试后，验证成功。下面只放上核心代码：

 [python] view plain copy

 client_addr = []
 client_socket = []  

 class ThreadedTCPRequestHandler(socketserver.BaseRequestHandler):  

     def setup(self):
         ip = self.client_address[0].strip()     # 获取客户端的ip
         port = self.client_address[1]           # 获取客户端的port
         print(ip+":"+str(port)+" is connect!")
         client_addr.append(self.client_address) # 保存到队列中
         client_socket.append(self.request)      # 保存套接字socket  

     def handle(self):
         while True: # while循环
             data = str(self.request.recv(1024), 'ascii')
             if data:    # 判断是否接收到数据
                 cur_thread = threading.current_thread()
                 response = bytes("{}: {}".format(cur_thread.name, data), 'ascii')
                 self.request.sendall(response)  

     def finish(self):
         print("client is disconnect!")
         client_addr.remove(self.client_address)
         client_socket.remove(self.request)  

 

之后在主函数中通过client_socket队列调用sendall或sendto方法即可。例如我在主函数这样写（已经注释掉client函数调用）：

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 message = bytes("clientTest\n", "ascii")
 while True:
     time.sleep(2)
     if client_addr:
         client_socket[0].sendall(message)  

 

修改服务器ip地址为空及端口为8080，使用socket调试工具连接该服务器，即可每隔2s接收到「clientTest」字符串。

 

 

4、服务器接收客户端数据超时后断开

下面继续添加新的功能，假设客户端每隔一段时间发送数据给服务器（心跳包），如果在一定时间内服务器没有接受到心跳包，表明客户端已经断开了连接，这个时候服务器可以主动断开客户端的连接了。那么我们在原有的代码增加此功能。实际上，只需要修改ThreadedTCPRequestHandler类即可。

 [python] view plain copy

 class ThreadedTCPRequestHandler(socketserver.BaseRequestHandler):  

     ip = ""
     port = 0
     timeOut = 6     # 设置超时时间变量  

     def setup(self):
         self.ip = self.client_address[0].strip()     # 获取客户端的ip
         self.port = self.client_address[1]           # 获取客户端的port
         self.request.settimeout(self.timeOut)        # 对socket设置超时时间
         print(self.ip+":"+str(self.port)+"连接到服务器！")
         client_addr.append(self.client_address) # 保存到队列中
         client_socket.append(self.request)      # 保存套接字socket  

     def handle(self):
         while True: # while循环
             try:
                 data = str(self.request.recv(1024), 'ascii')
             except socket.timeout:  # 如果接收超时会抛出socket.timeout异常
                 print(self.ip+":"+str(self.port)+"接收超时！即将断开连接！")
                 break       # 记得跳出while循环  

             if data:    # 判断是否接收到数据
                 cur_thread = threading.current_thread()
                 response = bytes("{}: {}".format(cur_thread.name, data), 'ascii')
                 self.request.sendall(response)  

     def finish(self):
         print(self.ip+":"+str(self.port)+"断开连接！")
         client_addr.remove(self.client_address)
         client_socket.remove(self.request)  

 

使用socket调试工具连接该服务器后，不发送任何数据，过了6秒钟后，服务器端主要打印如下数据：

192.168.10.53:26408连接到服务器！
192.168.10.53:26408接收超时！即将断开连接！
192.168.10.53:26408断开连接！