（五）通过Python的select监控多个描述符实现并发连接

概述

本文通过使用select改写之前的服务器程序通过监控多个套接字描述符来实现并发连接并加入了一些机制让程序更加健壮，不过我们所有的实验都是建立在单词发送数据不会超过1024字节，如果超过你需要做特殊处理。

代码实例

描述符就绪条件

套接字准备好读

以下条件满足之一则套接字准备好读

• 套接字接收缓冲区中的数据长度大于0
• 该连接读半部关闭，也就是本端的套接字收到FIN，也就是对方已经发送完数据并执行了四次断开的第一次发送FIN，这时候本端如果继续尝试读取将会得到一个EOF也就是得到空。
• 套接字是一个监听套接字且已经完成的连接数量大于0，也就是如果监听套接字可读正面有新连接进来那么在连接套接字上条用accept将不会阻塞
• 套接字产生错误需要进行处理，读取这样的套接字将返回一个错误

套接字准备好写

以下条件满足之一则套接字准备好写

• 套接字发送缓冲区可以空间大于等于套接字发送缓冲区最低水位，也就是发送缓冲区没有空余空间或者空余空间不足以容纳一个TCP分组（1460-40=1420）。如果不够它就会等。当可以容纳了就表示套接字可写，这个可写是程序把数据发送到套接字发送缓冲区。
• 该连接写半部关闭，
• 使用非阻塞式connect的套接字已建立连接或者connect已经失败
• 有一个错误套接字待处理

服务器端代码

 #!/usr/bin/env python
 # -*- coding: utf-8 -*-
 # Author: rex.cheny
 # E-mail: rex.cheny@outlook.com

 import socket
 import select

 def echoStr(readAbledSockFD, rList):
     try:
         bytesData = readAbledSockFD.recv(1024)
         data = bytesData.decode(encoding="utf-8")
         if data:
             print("收到客户端 ", readAbledSockFD.getpeername(), " 消息：", data)
             if data.upper() == "BYE":
                 print("客户端 ", readAbledSockFD.getpeername(), " 主动断开连接。")
                 rList.remove(readAbledSockFD)
                 readAbledSockFD.close()
             else:
                 readAbledSockFD.send(data.encode(encoding="utf-8"))
         else:
             """
             如果客户端进程意外终止，那么select将返回，因为该连接套接字收到FIN,所以readAbledSockFD读取的内容是''就是空，数据长度是0
             也就是你试图读取一个收到FIN的套接字会出现这种情况，通常的错误信息是 "server terminated prematurely"
             """
             print("客户端 ", readAbledSockFD.getsockname(), " 意外中断连接。")
             rList.remove(readAbledSockFD)
             readAbledSockFD.close()
     except Exception as err:
         """
         这里如果抛出异常通常是因为当连接套接字收到RST之后调用 recv()函数产生的 "Connection reset by peer" 错误，
         为什么套接字会收到RST，通常是向一个收到FIN的套接字执行写入操作导致的。
         """
         print("客户端 ", readAbledSockFD.getsockname(), " 意外中断连接。")
         rList.remove(readAbledSockFD)
         readAbledSockFD.close()

 def main():
     sockFd = socket.socket()
     sockFd.bind(("", 5556))
     sockFd.listen(5)

     # 这里为什么要把这个监听套接字放入可读列表中呢？服务器监听套接字描述符如果有新连接进来那么该描述符可读
     rList = [sockFd]
     wList = []
     eList = []

     print("等待客户端连接......")
     while True:
         """
         select()，有4个参数，前三个必须也就是感兴趣的描述符，第四个是超时时间
         第一个参数：可读描述符列表
         第二个参数：可写描述符列表
         第三个参数：错误信息描述符列表
         对于自己的套接字来说，输入表示可以读取，输出表示可以写入，套接字就相当于一个管道，对方的写入代表你的读取，你的写入代表对方的读取

         select函数返回什么呢？你把感兴趣的描述符加入到列表中并交给select后，当有可读或者有可写或者错误这些描述符就绪后，select就会返回
         哪些就绪的描述符，你需要做的就是遍历这些描述符逐一进行处理。
         """
         readSet, writeSet, errorSet = select.select(rList, wList, eList)

         # 处理描述符可读
         for readAbledSockFD in readSet:
             if readAbledSockFD is sockFd:
                 try:
                     connFd, remAddr = sockFd.accept()
                 except Exception as err:
                     """
                     这里处理当三次握手完成后，客户端意外发送了一个RST，这将导致一个服务器错误
                     """
                     print("")
                     continue
                 print("新连接：", connFd.getpeername())
                 # 把新连接加入可读列表中
                 rList.append(connFd)
             else:
                 echoStr(readAbledSockFD, rList)

         # 处理描述符可写
         for writeAbledSockFd in writeSet:
             pass

         # 处理错误描述符
         for errAbled in errorSet:
             pass

 if __name__ == '__main__':
     main()

客户端代码

 #!/usr/bin/env python
 # -*- coding: utf-8 -*-
 # Author: rex.cheny
 # E-mail: rex.cheny@outlook.com

 import socket
 import select
 import sys

 def echoStr(sockFd, connectionFailed):
     try:
         bytesData = sockFd.recv(1024)
         data = bytesData.decode(encoding="utf-8")
         if data:
             print("服务器回复：", data)
         else:
             """
             如果服务器进程意外终止，那么套接字也将返回，因为该连接套接字收到FIN,所以sockFd读取的内容是''就是空，数据长度是0
             也就是你试图读取一个收到FIN的套接字会出现这种情况，通常的错误信息是 "server terminated prematurely"
             """
             print("服务器 ", sockFd.getpeername(), " 意外中断连接。")
             sockFd.close()
             connectionFailed = True
     except Exception as err:
         """
         这里如果抛出异常通常是因为当连接套接字收到RST之后调用 recv()函数产生的 "Connection reset by peer" 错误，
         为什么套接字会收到RST，通常是向一个收到FIN的套接字执行写入操作导致的。
         """
         print("服务器 ", sockFd.getpeername(), " 意外中断连接。")
         sockFd.close()
         connectionFailed = True
     return connectionFailed

 def main():
     sockFd = socket.socket()
     sockFd.connect(("127.0.0.1", 5556))

     # 用于判断服务器是否意外中断
     connectionFailed = False
     while True:
         data = input("等待输入：")
         if data == "Bye":
             sockFd.send("Bye".encode(encoding="utf-8"))
             """
             shutdown就是主动触发关闭套接字，发送FIN，后面的参数是关闭写这一半，其实就是告诉服务器客户端不会再发送数据了。
             """
             sockFd.shutdown(socket.SHUT_WR)
             break
         else:
             sockFd.send(data.encode(encoding="utf-8"))
             if echoStr(sockFd, connectionFailed):
                 break

 if __name__ == '__main__':
     main()

改进的服务端代码

服务端代码没有做多少改动只是利用TCP机制减少了一些代码

 #!/usr/bin/env python
 # -*- coding: utf-8 -*-
 # Author: rex.cheny
 # E-mail: rex.cheny@outlook.com

 import socket
 import select

 def echoStr(readAbledSockFD, rList):
     try:
         bytesData = readAbledSockFD.recv(1024)
         data = bytesData.decode(encoding="utf-8")
         if data:
             print("收到客户端 ", readAbledSockFD.getpeername(), " 消息：", data)
             if data.upper() == "EXIT":
                 pass
             else:
                 readAbledSockFD.send(data.encode(encoding="utf-8"))
         else:
             """
             如果客户端进程意外终止或者客户端主动断开，那么select将返回，因为该连接套接字收到FIN,所以readAbledSockFD读取的内容是''就是空，数据长度是0
             ，这种情况有两种可能：
             1. 客户端主动断开，表示EOF，也就是资源无后续数据可以读取其实也就是连接关闭
             2. 客户端进程崩溃，客户端内核还是会发送FIN，通常的错误信息是 "server terminated prematurely"
             所以无论是哪种情况造成，这里也就是你试图读取一个收到FIN的套接字，我们统一视为关闭。
             """
             print("客户端 ", readAbledSockFD.getpeername(), " *** EOF,主动断开连接。")
             rList.remove(readAbledSockFD)
             readAbledSockFD.close()
     except Exception as err:
         """
         这里如果抛出异常通常是因为当连接套接字收到RST之后调用 recv()函数产生的 "Connection reset by peer" 错误，
         为什么套接字会收到RST，通常是向一个收到FIN的套接字执行写入操作导致的。
         """
         print("客户端 ", readAbledSockFD.getsockname(), " 意外中断连接。")
         rList.remove(readAbledSockFD)
         readAbledSockFD.close()

 def main():
     sockFd = socket.socket()
     sockFd.bind(("", 5556))
     sockFd.listen(5)

     # 这里为什么要把这个监听套接字放入可读列表中呢？服务器监听套接字描述符如果有新连接进来那么该描述符可读
     rList = [sockFd]
     wList = []
     eList = []

     print("等待客户端连接......")
     while True:
         """
         select()，有4个参数，前三个必须也就是感兴趣的描述符，第四个是超时时间
         第一个参数：可读描述符列表
         第二个参数：可写描述符列表
         第三个参数：错误信息描述符列表
         对于自己的套接字来说，输入表示可以读取，输出表示可以写入，套接字就相当于一个管道，对方的写入代表你的读取，你的写入代表对方的读取

         select函数返回什么呢？你把感兴趣的描述符加入到列表中并交给select后，当有可读或者有可写或者错误这些描述符就绪后，select就会返回
         哪些就绪的描述符，你需要做的就是遍历这些描述符逐一进行处理。
         """
         readSet, writeSet, errorSet = select.select(rList, wList, eList)

         # 处理描述符可读
         for readAbledSockFD in readSet:
             if readAbledSockFD is sockFd:
                 try:
                     connFd, remAddr = sockFd.accept()
                 except Exception as err:
                     """
                     这里处理当三次握手完成后，客户端意外发送了一个RST，这将导致一个服务器错误
                     """
                     print("")
                     continue
                 print("新连接：", connFd.getpeername())
                 # 把新连接加入可读列表中
                 rList.append(connFd)
             else:
                 echoStr(readAbledSockFD, rList)

         # 处理描述符可写
         for writeAbledSockFd in writeSet:
             pass

         # 处理错误描述符
         for errAbled in errorSet:
             pass

 if __name__ == '__main__':
     main()

改进的客户端代码

客户端为什么改进？因为之前的客户端会阻塞在标准输入中，如果在等待客户端输入的时候服务端意外终止，那么此时客户端并不知道，只有发送数据的时候才会知道，这里我们改进的是客户端也使用select，它来监控套接字描述符和标准输入同时使程序不在被阻塞在标准输入上。你可以测试一下，当服务器启动后然后启动客户端，这时候客户端在等待输入，如果你把服务端终止那么在上面的版本中客户端并不知道虽然它得套接字已经收到FIN，但是在下面这版客户端程序中客户端会捕捉到这个变化从而直接终止客户端程序。

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
# Author: rex.cheny
# E-mail: rex.cheny@outlook.com

"""
解决了当服务器意外崩溃时客户端被阻塞在屏幕输入中，该版本程序使用了select。
"""

import socket
import select
import sys

def echoStr(sockFd, connectionFailed):
    try:
        bytesData = sockFd.recv(1024)
        data = bytesData.decode(encoding="utf-8")
        if data:
            print("服务器回复：", data)
        else:
            """
            如果服务器进程意外终止，那么套接字也将返回，因为该连接套接字收到FIN,所以sockFd读取的内容是''就是空，数据长度是0
            也就是你试图读取一个收到FIN的套接字会出现这种情况，通常的错误信息是 "server terminated prematurely"
            """
            print("与服务器连接已断开。")
            sockFd.close()
            connectionFailed = True
    except Exception as err:
        """
        这里如果抛出异常通常是因为当连接套接字收到RST之后调用 recv()函数产生的 "Connection reset by peer" 错误，
        为什么套接字会收到RST，通常是向一个收到FIN的套接字执行写入操作导致的。
        """
        print("服务器 ", sockFd.getsockname(), " 意外中断连接。")
        sockFd.close()
        connectionFailed = True
    return connectionFailed

def main():
    sockFd = socket.socket()
    sockFd.connect(("127.0.0.1", 5556))

    rList = [sockFd, sys.stdin]
    wList = []
    eList = []

    # 用于判断服务器是否意外中断
    connectionFailed = False
    while True:
        r, w, e = select.select(rList, wList, eList)

        if sockFd in r:
            if echoStr(sockFd, connectionFailed):
                break

        if sys.stdin in r:
            x = sys.stdin.readline().strip()
            if x.upper() == "EXIT":
                sockFd.send(x.encode(encoding="utf-8"))
                """
                shutdown就是主动触发关闭套接字，发送FIN，后面的参数是关闭写这一半，其实就是告诉服务器客户端不会再发送数据了。
                为什么不直接close呢？这是因为假设此时还有服务器返回的数据在路上那么你还可以收到。
                """
                sockFd.shutdown(socket.SHUT_WR)
            else:
                sockFd.send(x.encode(encoding="utf-8"))

if __name__ == '__main__':
    main()