socket
整个计算机网络是由协议构成，想要通信必须遵守对应的协议，如Web中的http协议、传输协议TCP和UDP等等。在网络工程师的眼中，可能现在网络上的一切都是socket，一切皆socket，我们一般接触到的是应用层应用程序，本质上两个应用想通信，则必须通过socket实现通信，socket直接和传输层后下面的底层网络协议打交道(socket本身让我们直接与TCP打交道)，底层socket已经建立好则可以互相通信。互联网现在主流的网络层协议是IPv4，IPv6是下一代网络层协议但不主流，IPv6解决的是IPv4地址耗尽的问题，其实为了应对IPv4资源少的问题产生了局域网和网关。
网络模型
其发展过程，是一次解决需求的迭代过程。当计算机刚发明并投入使用，两台计算机想实现点对点通信，于是产生了数据链路层，当加入更多的计算机实现通信的时候，就产生了网络层，实现通信还不能满足需求，需要通过网络传输数据，则产生了传输层，对于可靠性的需求产生了TCP和UDP两种传输协议，不同的用户有不同的需求，于是应用层就被划分出来了。用户在应用层使用各种app，数据依次往下组包直至物理层发送到网络，接收数据则往上拆包得到最终数据。本质上是需求推动了网络层次的产生，当前把网络七层模型中的会话、表示、应用层统称为应用层。
应用层 文件传输、文件服务、电子邮件 http ftp smtp dns
传输层 通过端对端的接口TCP UDP
网络层 为数据包选择路由IP ICMP
数据链路层 传输有地址的帧、错误检测功能ARP
物理层 物理媒体
一般建立在socket上通信的应用都采用C/S模型，这里来理清C/S架构
客户端：
需要申明协议、请求建立连接、发送和接收数据、关闭连接这些过程
服务端：
申明协议实例监听者(来源三体)、绑定监听IP和端口、启动监听者监听、建立连接、接收和发送数据、断开连接这些过程
# 下面这个是单线程服务端监听者实例过程
客户端实例实现过程import socketimport time def beimenchuixue_client():client= socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)client.connect(('127.0.0.1',8000))while True:data= input("北门吹雪:")if not data.strip():continueclient.send(data.encode('utf-8'))response= client.recv(1024)print(response.decode('utf-8')) if __name__== '__main__':print("北门吹雪: ")while True:# 一个小重启try:beimenchuixue_client()except ConnectionResetError as e:time.sleep(2)
单线程客户端监听者实例实现过程import socket def beimenchuixue_alone_socket():listener= socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)listener.bind(('0.0.0.0',8000))listener.listen()while True:conn, remote_address= listener.accept()print("%s:%s 建立连接" % remote_address)while True:# 处理客户端端口异常try:data= conn.recv(1024).decode("utf-8")except ConnectionResetError as e:print("%s:%s 断开连接" % remote_address)conn.close()breakconn.send(bytes(data.upper(), encoding='utf-8')) if __name__== '__main__':print("北门吹雪: ")beimenchuixue_alone_socket()
# 这个服务端实现了把小写转换为大写的服务，其他客户端连接来需要排队等待正在处理的客户端断开请求，也就是其他客户端进入堵塞状态
北门吹雪：
多线程或协程处理连接请求架构图
线程处理连接架构图
多线程客户端监听者实例实现过程
面向对象方式写多线程socketimport socketfrom threadingimport Thread class BeiMenChuiXueHandle(Thread):def __init__(self, conn, remote_address):super().__init__()self.conn= connself.remote_address= remote_address def run(self):while True:try:data= self.conn.recv(1024).decode("utf-8")except ConnectionResetError as e:print("北门吹雪")print("%s:%s 断开连接" % self.remote_address)breakself.conn.send(bytes(data.upper(), encoding='utf-8'))self.conn.close() class BeiMenChuiXueHandleSocket:def __init__(self):self.listener= socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) def _handle(self, conn, remote_address):handler= BeiMenChuiXueHandle(conn, remote_address)handler.start() def socket_run(self, ip, port):self.listener.bind((ip, port))self.listener.listen()while True:conn, remote_address= self.listener.accept()print("北门吹雪")print("%s:%s 建立连接" % remote_address)self._handle(conn, remote_address) if __name__== '__main__':listener= BeiMenChuiXueHandleSocket()listener.socket_run(ip='0.0.0.0', port=8000)
协程方式写socket(需要安装协程模块gevent，在Python3.5版本中本身就支持协程语义async await)import socketimport gevent from geventimport monkey class BeiMenChuiXueSocket:def __init__(self, ip, port):# 自动标记堵塞，要放到所有堵塞实例之前monkey.patch_all()self.listener= socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)self.ip= ipself.port= port def _handler(self, conn, remote_address):while True:try:data= conn.recv(1024).decode("utf-8")except ConnectionResetError as e:print("北门吹雪")print("%s:%s 断开连接" % remote_address)breakconn.send(bytes(data.upper(), encoding='utf-8'))conn.close() def forever_run(self):self.listener.bind((self.ip,self.port))self.listener.listen()while True:conn, remote_address= self.listener.accept()print("北门吹雪")print("%s:%s 建立连接" % remote_address)# 启动协程处理连接gevent.spawn(self._handler, conn, remote_address) if __name__== '__main__':beimenchuixue= BeiMenChuiXueSocket('0.0.0.0',8000)beimenchuixue.forever_run()
经验：
1. socket是网络最为基础的通信方式，也是上层应用的通信基础
2. 服务端为了同时响应多个请求则可以选择进程、线程、协程等多种方式处理连接进来的请求，一般选择线程或协程
3. CPython由于GIL保证一颗核只能在同一时刻跑一个线程，多进程在某种意义上只是开启了多个线程，而进程开销这么大，不是好方法，也就是说对Python的异步编程还是要使用线程或者协程进行
4. Python线程、协程只适于IO密集型，不适用CPU密集型，由于GIL的存在本质上是个单线程
