10.1. Web静态服务器-5-非堵塞模式

单进程非堵塞模型

#coding=utf-8
from socket import *
import time

# 用来存储所有的新链接的socket
g_socket_list = list()

def main():
    server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
    server_socket.setsockopt(SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR  , 1)
    server_socket.bind(('', 7890))
    server_socket.listen(128)
    # 将套接字设置为非堵塞
    # 设置为非堵塞后，如果accept时，恰巧没有客户端connect，那么accept会
    # 产生一个异常，所以需要try来进行处理
    server_socket.setblocking(False)

    while True:

        # 用来测试
        time.sleep(0.5)

        try:
            newClientInfo = server_socket.accept()
        except Exception as result:
            pass
        else:
            print("一个新的客户端到来:%s" % str(newClientInfo))
            newClientInfo[0].setblocking(False)  # 设置为非堵塞
            g_socket_list.append(newClientInfo)

        for client_socket, client_addr in g_socket_list:
            try:
                recvData = client_socket.recv(1024)
                if recvData:
                    print('recv[%s]:%s' % (str(client_addr), recvData))
                else:
                    print('[%s]客户端已经关闭' % str(client_addr))
                    client_socket.close()
                    g_socket_list.remove((client_socket,client_addr))
            except Exception as result:
                pass

        print(g_socket_list)  # for test

if __name__ == '__main__':
    main()

web静态服务器-单进程非堵塞

import time
import socket
import sys
import re


class WSGIServer(object):
    """定义一个WSGI服务器的类"""

    def __init__(self, port, documents_root):

        # 1. 创建套接字
        self.server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        # 2. 绑定本地信息
        self.server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
        self.server_socket.bind(("", port))
        # 3. 变为监听套接字
        self.server_socket.listen(128)

        self.server_socket.setblocking(False)
        self.client_socket_list = list()

        self.documents_root = documents_root

    def run_forever(self):
        """运行服务器"""

        # 等待对方链接
        while True:

            # time.sleep(0.5)  # for test

            try:
                new_socket, new_addr = self.server_socket.accept()
            except Exception as ret:
                print("-----1----", ret)  # for test
            else:
                new_socket.setblocking(False)
                self.client_socket_list.append(new_socket)

            for client_socket in self.client_socket_list:
                try:
                    request = client_socket.recv(1024).decode('utf-8')
                except Exception as ret:
                    print("------2----", ret)  # for test
                else:
                    if request:
                        self.deal_with_request(request, client_socket)
                    else:
                        client_socket.close()
                        self.client_socket_list.remove(client_socket)

            print(self.client_socket_list)


    def deal_with_request(self, request, client_socket):
        """为这个浏览器服务器"""
        if not request:
            return

        request_lines = request.splitlines()
        for i, line in enumerate(request_lines):
            print(i, line)

        # 提取请求的文件(index.html)
        # GET /a/b/c/d/e/index.html HTTP/1.1
        ret = re.match(r"([^/]*)([^ ]+)", request_lines[0])
        if ret:
            print("正则提取数据:", ret.group(1))
            print("正则提取数据:", ret.group(2))
            file_name = ret.group(2)
            if file_name == "/":
                file_name = "/index.html"


        # 读取文件数据
        try:
            f = open(self.documents_root+file_name, "rb")
        except:
            response_body = "file not found, 请输入正确的url"
            response_header = "HTTP/1.1 404 not found\r\n"
            response_header += "Content-Type: text/html; charset=utf-8\r\n"
            response_header += "Content-Length: %d\r\n" % (len(response_body))
            response_header += "\r\n"

            # 将header返回给浏览器
            client_socket.send(response_header.encode('utf-8'))

            # 将body返回给浏览器
            client_socket.send(response_body.encode("utf-8"))
        else:
            content = f.read()
            f.close()

            response_body = content
            response_header = "HTTP/1.1 200 OK\r\n"
            response_header += "Content-Length: %d\r\n" % (len(response_body))
            response_header += "\r\n"

            # 将header返回给浏览器
            client_socket.send( response_header.encode('utf-8') + response_body)


# 设置服务器服务静态资源时的路径
DOCUMENTS_ROOT = "./html"


def main():
    """控制web服务器整体"""
    # python3 xxxx.py 7890
    if len(sys.argv) == 2:
        port = sys.argv[1]
        if port.isdigit():
            port = int(port)
    else:
        print("运行方式如: python3 xxx.py 7890")
        return

    print("http服务器使用的port:%s" % port)
    http_server = WSGIServer(port, DOCUMENTS_ROOT)
    http_server.run_forever()


if __name__ == "__main__":
    main()

10.2. Web静态服务器-6-epoll

IO 多路复用

就是我们说的select，poll，epoll，有些地方也称这种IO方式为event driven IO。

select/epoll的好处就在于单个process就可以同时处理多个网络连接的IO。

它的基本原理就是select，poll，epoll这个function会不断的轮询所负责的所有socket，当某个socket有数据到达了，就通知用户进程。

epoll简单模型

import socket
import select

# 创建套接字
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 设置可以重复使用绑定的信息
s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR,1)

# 绑定本机信息
s.bind(("",7788))

# 变为被动
s.listen(10)

# 创建一个epoll对象
epoll = select.epoll()

# 测试，用来打印套接字对应的文件描述符
# print(s.fileno())
# print(select.EPOLLIN|select.EPOLLET)

# 注册事件到epoll中
# epoll.register(fd[, eventmask])
# 注意，如果fd已经注册过，则会发生异常
# 将创建的套接字添加到epoll的事件监听中
epoll.register(s.fileno(), select.EPOLLIN|select.EPOLLET)

connections = {}
addresses = {}

# 循环等待客户端的到来或者对方发送数据
while True:

    # epoll 进行 fd 扫描的地方 -- 未指定超时时间则为阻塞等待
    epoll_list = epoll.poll()

    # 对事件进行判断
    for fd, events in epoll_list:

        # print fd
        # print events

        # 如果是socket创建的套接字被激活
        if fd == s.fileno():
            new_socket, new_addr = s.accept()

            print('有新的客户端到来%s' % str(new_addr))

            # 将 conn 和 addr 信息分别保存起来
            connections[new_socket.fileno()] = new_socket
            addresses[new_socket.fileno()] = new_addr

            # 向 epoll 中注册 新socket 的 可读 事件
            epoll.register(new_socket.fileno(), select.EPOLLIN|select.EPOLLET)

        # 如果是客户端发送数据
        elif events == select.EPOLLIN:
            # 从激活 fd 上接收
            recvData = connections[fd].recv(1024).decode("utf-8")

            if recvData:
                print('recv:%s' % recvData)
            else:
                # 从 epoll 中移除该 连接 fd
                epoll.unregister(fd)

                # server 侧主动关闭该 连接 fd
                connections[fd].close()
                print("%s---offline---" % str(addresses[fd]))
                del connections[fd]
                del addresses[fd]

说明

EPOLLIN （可读）
EPOLLOUT （可写）
EPOLLET （ET模式）

epoll对文件描述符的操作有两种模式：LT（level trigger）和ET（edge trigger）。LT模式是默认模式，LT模式与ET模式的区别如下：

LT模式：当epoll检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序可以不立即处理该事件。下次调用epoll时，会再次响应应用程序并通知此事件。
ET模式：当epoll检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序必须立即处理该事件。如果不处理，下次调用epoll时，不会再次响应应用程序并通知此事件。

web静态服务器-epool

以下代码，支持http的长连接，即使用了Content-Length

import socket
import time
import sys
import re
import select


class WSGIServer(object):
    """定义一个WSGI服务器的类"""

    def __init__(self, port, documents_root):

        # 1. 创建套接字
        self.server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        # 2. 绑定本地信息
        self.server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
        self.server_socket.bind(("", port))
        # 3. 变为监听套接字
        self.server_socket.listen(128)

        self.documents_root = documents_root

        # 创建epoll对象
        self.epoll = select.epoll()
        # 将tcp服务器套接字加入到epoll中进行监听
        self.epoll.register(self.server_socket.fileno(), select.EPOLLIN|select.EPOLLET)

        # 创建添加的fd对应的套接字
        self.fd_socket = dict()

    def run_forever(self):
        """运行服务器"""

        # 等待对方链接
        while True:
            # epoll 进行 fd 扫描的地方 -- 未指定超时时间则为阻塞等待
            epoll_list = self.epoll.poll()

            # 对事件进行判断
            for fd, event in epoll_list:
                # 如果是服务器套接字可以收数据，那么意味着可以进行accept
                if fd == self.server_socket.fileno():
                    new_socket, new_addr = self.server_socket.accept()
                    # 向 epoll 中注册 连接 socket 的 可读 事件
                    self.epoll.register(new_socket.fileno(), select.EPOLLIN | select.EPOLLET)
                    # 记录这个信息
                    self.fd_socket[new_socket.fileno()] = new_socket
                # 接收到数据
                elif event == select.EPOLLIN:
                    request = self.fd_socket[fd].recv(1024).decode("utf-8")
                    if request:
                        self.deal_with_request(request, self.fd_socket[fd])
                    else:
                        # 在epoll中注销客户端的信息
                        self.epoll.unregister(fd)
                        # 关闭客户端的文件句柄
                        self.fd_socket[fd].close()
                        # 在字典中删除与已关闭客户端相关的信息
                        del self.fd_socket[fd]

    def deal_with_request(self, request, client_socket):
        """为这个浏览器服务器"""

        if not request:
            return

        request_lines = request.splitlines()
        for i, line in enumerate(request_lines):
            print(i, line)

        # 提取请求的文件(index.html)
        # GET /a/b/c/d/e/index.html HTTP/1.1
        ret = re.match(r"([^/]*)([^ ]+)", request_lines[0])
        if ret:
            print("正则提取数据:", ret.group(1))
            print("正则提取数据:", ret.group(2))
            file_name = ret.group(2)
            if file_name == "/":
                file_name = "/index.html"


        # 读取文件数据
        try:
            f = open(self.documents_root+file_name, "rb")
        except:
            response_body = "file not found, 请输入正确的url"

            response_header = "HTTP/1.1 404 not found\r\n"
            response_header += "Content-Type: text/html; charset=utf-8\r\n"
            response_header += "Content-Length: %d\r\n" % len(response_body)
            response_header += "\r\n"

            # 将header返回给浏览器
            client_socket.send(response_header.encode('utf-8'))

            # 将body返回给浏览器
            client_socket.send(response_body.encode("utf-8"))
        else:
            content = f.read()
            f.close()

            response_body = content

            response_header = "HTTP/1.1 200 OK\r\n"
            response_header += "Content-Length: %d\r\n" % len(response_body)
            response_header += "\r\n"

            # 将数据返回给浏览器
            client_socket.send(response_header.encode("utf-8")+response_body)

# 设置服务器服务静态资源时的路径
DOCUMENTS_ROOT = "./html"


def main():
    """控制web服务器整体"""
    # python3 xxxx.py 7890
    if len(sys.argv) == 2:
        port = sys.argv[1]
        if port.isdigit():
            port = int(port)
    else:
        print("运行方式如: python3 xxx.py 7890")
        return

    print("http服务器使用的port:%s" % port)
    http_server = WSGIServer(port, DOCUMENTS_ROOT)
    http_server.run_forever()


if __name__ == "__main__":
    main()

小总结

I/O 多路复用的特点：

通过一种机制使一个进程能同时等待多个文件描述符，而这些文件描述符（套接字描述符）其中的任意一个进入读就绪状态，epoll()函数就可以返回。所以, IO多路复用，本质上不会有并发的功能，因为任何时候还是只有一个进程或线程进行工作，它之所以能提高效率是因为select\epoll 把进来的socket放到他们的 ‘监视’ 列表里面，当任何socket有可读可写数据立马处理，那如果select\epoll 手里同时检测着很多socket，一有动静马上返回给进程处理，总比一个一个socket过来,阻塞等待,处理高效率。

当然也可以多线程/多进程方式，一个连接过来开一个进程/线程处理，这样消耗的内存和进程切换页会耗掉更多的系统资源。所以我们可以结合IO多路复用和多进程/多线程来高性能并发，IO复用负责提高接受socket的通知效率，收到请求后，交给进程池/线程池来处理逻辑。

参考资料

如果想了解下epoll在Linux中的实现过程可以参考：http://blog.csdn.net/xiajun07061225/article/details/9250579

10.3. Web静态服务器-7-gevent版


from gevent import monkey
import gevent
import socket
import sys
import re

monkey.patch_all()


class WSGIServer(object):
    """定义一个WSGI服务器的类"""

    def __init__(self, port, documents_root):

        # 1. 创建套接字
        self.server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        # 2. 绑定本地信息
        self.server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
        self.server_socket.bind(("", port))
        # 3. 变为监听套接字
        self.server_socket.listen(128)

        self.documents_root = documents_root

    def run_forever(self):
        """运行服务器"""

        # 等待对方链接
        while True:
            new_socket, new_addr = self.server_socket.accept()
            gevent.spawn(self.deal_with_request, new_socket)  # 创建一个协程准备运行它

    def deal_with_request(self, client_socket):
        """为这个浏览器服务器"""
        while True:
            # 接收数据
            request = client_socket.recv(1024).decode('utf-8')
            # print(gevent.getcurrent())
            # print(request)

            # 当浏览器接收完数据后，会自动调用close进行关闭，因此当其关闭时，web也要关闭这个套接字
            if not request:
                new_socket.close()
                break

            request_lines = request.splitlines()
            for i, line in enumerate(request_lines):
                print(i, line)

            # 提取请求的文件(index.html)
            # GET /a/b/c/d/e/index.html HTTP/1.1
            ret = re.match(r"([^/]*)([^ ]+)", request_lines[0])
            if ret:
                print("正则提取数据:", ret.group(1))
                print("正则提取数据:", ret.group(2))
                file_name = ret.group(2)
                if file_name == "/":
                    file_name = "/index.html"

            file_path_name = self.documents_root + file_name
            try:
                f = open(file_path_name, "rb")
            except:
                # 如果不能打开这个文件，那么意味着没有这个资源，没有资源 那么也得需要告诉浏览器 一些数据才行
                # 404
                response_body = "没有你需要的文件......".encode("utf-8")

                response_headers = "HTTP/1.1 404 not found\r\n"
                response_headers += "Content-Type:text/html;charset=utf-8\r\n"
                response_headers += "Content-Length:%d\r\n" % len(response_body)
                response_headers += "\r\n"

                send_data = response_headers.encode("utf-8") + response_body

                client_socket.send(send_data)

            else:
                content = f.read()
                f.close()

                # 响应的body信息
                response_body = content
                # 响应头信息
                response_headers = "HTTP/1.1 200 OK\r\n"
                response_headers += "Content-Type:text/html;charset=utf-8\r\n"
                response_headers += "Content-Length:%d\r\n" % len(response_body)
                response_headers += "\r\n"
                send_data = response_headers.encode("utf-8") + response_body
                client_socket.send(send_data)

# 设置服务器服务静态资源时的路径
DOCUMENTS_ROOT = "./html"

def main():
    """控制web服务器整体"""
    # python3 xxxx.py 7890
    if len(sys.argv) == 2:
        port = sys.argv[1]
        if port.isdigit():
            port = int(port)
    else:
        print("运行方式如: python3 xxx.py 7890")
        return

    print("http服务器使用的port:%s" % port)
    http_server = WSGIServer(port, DOCUMENTS_ROOT")
    http_server.run_forever()


if __name__ == "__main__":
    main()

10.4. 知识扩展-C10K问题

参考文章 :

《单台服务器并发TCP连接数到底可以有多少》 http://www.52im.net/thread-561-1-1.html

《上一个10年，著名的C10K并发连接问题》 http://www.52im.net/thread-566-1-1.html

web服务器-并发服务器（2）

文章目录

10.1. Web静态服务器-5-非堵塞模式

10.2. Web静态服务器-6-epoll

10.3. Web静态服务器-7-gevent版

10.4. 知识扩展-C10K问题

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