2017.07.12 Python網路編程之使用多工通訊端I/O

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1.在本章開始之前，需要先理解同步與非同步，阻塞與非阻塞的區別：

“阻塞”與"非阻塞"與"同步"與“非同步"不能簡單的從字面理解，提供一個從分布式系統角度的回答。
1.同步與非同步
同步和非同步關注的是訊息通訊機制 (synchronous communication/ asynchronous communication)
所謂同步，就是在發出一個*調用*時，在沒有得到結果之前，該*調用*就不返回。但是一旦調用返回，就得到傳回值了。
換句話說，就是由*調用者*主動等待這個*調用*的結果。

而非同步則是相反，*調用*在發出之後，這個調用就直接返回了，所以沒有返回結果。換句話說，當一個非同步程序呼叫發出後，調用者不會立刻得到結果。而是在*調用*發出後，*被調用者*通過狀態、通知來通知調用者，或通過回呼函數處理這個調用。

典型的非同步編程模型比如Node.js

舉個通俗的例子：
你打電話問書店老闆有沒有《分布式系統》這本書，如果是同步通訊機制，書店老闆會說，你稍等，”我查一下"，然後開始查啊查，等查好了（可能是5秒，也可能是一天）告訴你結果（返回結果）。
而非同步通訊機制，書店老闆直接告訴你我查一下啊，查好了打電話給你，然後直接掛電話了（不返回結果）。然後查好了，他會主動打電話給你。在這裡老闆通過“回電”這種方式來回調。

2. 阻塞與非阻塞
阻塞和非阻塞關注的是程式在等待調用結果（訊息，傳回值）時的狀態.

阻塞調用是指調用結果返回之前，當前線程會被掛起。調用線程只有在得到結果之後才會返回。
非阻塞調用指在不能立刻得到結果之前，該調用不會阻塞當前線程。

還是上面的例子，
你打電話問書店老闆有沒有《分布式系統》這本書，你如果是阻塞式調用，你會一直把自己“掛起”，直到得到這本書有沒有的結果，如果是非阻塞式調用，你不管老闆有沒有告訴你，你自己先一邊去玩了， 當然你也要偶爾過幾分鐘check一下老闆有沒有返回結果。
在這裡阻塞與非阻塞與是否同步非同步無關。跟老闆通過什麼方式回答你結果無關。

 

 

2.在通訊端伺服器程式中使用ForkingMixIn：

 

# -*- coding: UTF-8 -*-
# 編寫一個非同步Python通訊端伺服器程式，伺服器處理用戶端發出的請求時不能阻塞，
# 因此要找一種機制來單獨處理每個用戶端，
# Python2.7中的SocketServer模組提供了兩個實用類：ForkingMixIn和ThreadingMixIn，
# ForkingMixIn會為每一個用戶端請求派生一個新進程
# !usr/bin/env python
# Python Network Programming Cookbook --Chapter -1
# This program is optimized for Python 2.7
# It may run on any other version with/without modifications

import os
import socket
import threading
import SocketServer

SERVER_HOST=‘localhost‘
SERVER_PORT=0
BUF_SIZE=1024
ECHO_MSG=‘Hello echo server‘

class ForkingClient():
    """一個forKing服務的用戶端測試"""
    def __init__(self,ip,port):
        self.sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
        self.sock.connect((ip,port))

    def run(self):
        """用戶端和伺服器互動"""
        current_process_id=os.getpid()
        print ‘PID%s 發送回顯訊息到伺服器:"%s"‘ %(current_process_id,ECHO_MSG)

        sent_data_length=self.sock.send(ECHO_MSG)
        print "發送:%d characters ,so far....." %sent_data_length

        response=self.sock.recv(BUF_SIZE)
        print "PID%s 收到 ：%s" %(current_process_id,response[5:])

    def shutdown(self):
        """清除用戶端的通訊端"""
        self.sock.close()

class ForkingServerRequestHandler(SocketServer.BaseRequestHandler):
    def handle(self):
        data=self.request.recv(BUF_SIZE)
        current_process_id=os.getppid()
        response=‘%s :%s‘ %(current_process_id,data)
        print "伺服器發送回應[當前的進程ID：data]=[%s]" %response
        self.request.send(response)
        return

class ForkingServer(SocketServer.ForkingMixIn,SocketServer.TCPServer):
    """沒什麼可以添加的這裡，繼承父類中必須的屬性"""
    pass

def main():
    server=ForkingServer((SERVER_HOST,SERVER_PORT),ForkingServerRequestHandler)
    ip,port=server.server_address
    server_thread=threading.Thread(target=server.serve_forever)
    server_thread.setDaemon(True)
    server_thread.start()
    print ‘伺服器loop運行PID:%s‘ %os.getpid()

    client1=ForkingClient(ip,port)
    client1.run()

    client2=ForkingClient(ip,port)
    client2.run()

    server.shutdown()
    client1.shutdown()
    client2.shutdown()
    server.socket.close()


if __name__==‘__main__‘:
    main()


程式由3部分組成：

建立一個 SocketServer 所要做的大部分工作是定義一個請求處理( request handler )類。
它是 SocktServer 模組裡 BaseRequestHandler 類的子類，並且每一個 request handler 對象在用戶端串連到服務端時處理著一個用戶端的請求。
這是在請求處理的 handle 方法裡實現的。

無論什麼時候串連到這個服務端， TCPServer 類將傳遞正確的變數來建立一個新的  RequestHandler ，並調用 handle 方法來處理請求。

下面是伺服器類和main主方法：

process_request會繼承自ThreadingMixIn或者ForkingMixIn，對每個request建立線程，然後由線程調用finish_request
運行結果：

 

2017.07.12 Python網路編程之使用多工通訊端I/O