Python SocketServer詳解

一、Python SocketServer概述

Python SocketServer是Python標準庫中的一個模塊，它提供了一個類似於socket的框架，使我們能夠在Python中使用多種協議來創建網路伺服器和客戶端。

SocketServer可以支持多線程、多進程、單線程、非同步I/O等多種方式。使用SocketServer模塊可以更簡單易行的實現複雜的網路編程，而不需要深入理解操作系統底層的網路實現。

二、SocketServer類及方法

Python SocketServer提供了四個主要的類，每個類具有不同的特色。

1. BaseServer：這是所有伺服器類的基類，它僅提供框架結構，在派生類中實現具體的協議。

2. TCPServer：可以通過TCP協議在網路上提供服務的伺服器。

3. UDPServer：使用UDP協議在網路上提供服務的伺服器。

4. UnixStreamServer和UnixDatagramServer：在本地Unix域套接字上提供服務的伺服器。

除此之外，SocketServer還提供了一些常用的方法，如handle_request、serve_forever、handle_error等，我們可以通過繼承SocketServer類和重寫這些方法來實現自己的伺服器邏輯。

import SocketServer
class MyHandler(SocketServer.BaseRequestHandler):
    def handle(self):
        self.request.send("hello world\n")
  
MyServer = SocketServer.TCPServer(('127.0.0.1', 8000), MyHandler)
MyServer.serve_forever()

三、TCP vs UDP

Python SocketServer模塊中的TCP和UDP提供了兩種協議來實現網路通訊。

TCP協議提供了數據包傳輸的可靠性，保證了數據傳輸的準確性。而UDP協議則不提供像TCP協議那樣的可靠性，但傳輸速度更快，更符合實時性的需求。

使用Python SocketServer模塊時，需要根據實際需要選擇不同的協議。

四、多線程與多進程

在Python SocketServer中，我們可以通過多線程或多進程來實現並發請求處理。

多線程可以通過ThreadingMixIn類實現，多進程可以通過ForkingMixIn實現。具體來說，我們需要繼承SocketServer類並混合ThreadingMixIn或ForkingMixIn，然後在重寫handle方法時使用Python的thread模塊或multiprocessing模塊來啟動新的進程或線程。

import SocketServer
import threading

class MyHandler(SocketServer.BaseRequestHandler):
    def handle(self):
        data = str(self.request.recv(1024), 'ascii')
        cur_thread = threading.current_thread().name
        message = "{}: {}".format(cur_thread, data)
        print(message)
        response = bytes("{}\n".format(message), 'ascii')
        self.request.sendall(response)

class ThreadedTCPServer(SocketServer.ThreadingMixIn, SocketServer.TCPServer):
    pass

server = ThreadedTCPServer(('localhost', 8000), MyHandler)
server.allow_reuse_address = True
server_thread = threading.Thread(target=server.serve_forever)
server_thread.daemon = True
server_thread.start()

五、非同步I/O

Python SocketServer也支持非同步I/O，這是一種替代多線程和多進程的解決方案。它使用網路事件輪詢，當有事件發生時，自動調用相應的回掉函數。

Python 3.4之後，標準庫中引入了asyncio模塊，使得非同步I/O更加便捷。

import asyncio

class EchoServerProtocol(asyncio.Protocol):
    def connection_made(self, transport):
        self.transport = transport
    
    def data_received(self, data):
        message = data.decode()
        self.transport.write(data)

loop = asyncio.get_event_loop()
coro = loop.create_server(EchoServerProtocol, '127.0.0.1', 8000)
server = loop.run_until_complete(coro)

try:
    loop.run_forever()
except KeyboardInterrupt:
    pass

server.close()
loop.run_until_complete(server.wait_closed())
loop.close()