何谓socket
计算机，顾名思义即是用来做计算。因而也需要输入和输出，输入需要计算的条件，输出计算结果。这些输入输出可以抽象为I/O（input output）。
Unix的计算机处理IO是通过文件的抽象。计算机不同的进程之间也有输入输出，也就是通信。因此这这个通信也是通过文件的抽象文件描述符来进行。
在同一台计算机，进程之间可以这样通信，如果是不同的计算机呢？网络上不同的计算机，也可以通信，那么就得使用网络套接字（socket）。socket就是在不同计算机之间进行通信的一个抽象。他工作于TCP/IP协议中应用层和传输层之间的一个抽象。如下图：
服务器通信
socket保证了不同计算机之间的通信，也就是网络通信。对于网站，通信模型是客户端服务器之间的通信。两个端都建立一个socket对象，然后通过socket对象对数据进行传输。通常服务器处于一个无线循环，等待客户端连接：
socket 通信实例
socket接口是操作系统提供的，调用操作系统的接口。当然高级语言一般也封装了好用的函数接口，下面用python代码写一个简单的socket服务端例子：
server.py
import socket
HOST = 'localhost' # 服务器主机地址
PORT = 5000 # 服务器监听端口
BUFFER_SIZE = 2048 # 读取数据大小
# 创建一个套接字
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 绑定主机和端口
sock.bind((HOST, PORT))
# 开启socket监听
sock.listen(5)
print 'Server start, listening {}'.format(PORT)
while True:
# 建立连接，连接为建立的时候阻塞
conn, addr = sock.accept()
while True:
# 读取数据，数据还没到来阻塞
data = conn.recv(BUFFER_SIZE)
if len(data):
print 'Server Recv Data: {}'.format(data)
conn.send(data)
print 'Server Send Data: {}'.format(data)
else:
print 'Server Recv Over'
break
conn.close()
sock.close()
client.py
import socket
HOST = 'localhost'
PORT = 5000
BUFFER_SIZE = 1024
# 创建客户端套接字
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 连接到服务器
sock.connect((HOST, PORT))
try:
message = "Hello"
# 发起数据给服务器
sock.sendall(message)
amount_received = 0
amount_expected = len(message)
while amount_received < amount_expected:
# 接收服务器返回的数据
data = sock.recv(10)
amount_received += len(data)
print 'Client Received: {}'.format(data)
except socket.errno, e:
print 'Socket error: {}'.format(e)
except Exception, e:
print 'Other exception: %s'.format(e)
finally:
print 'Closing connection to the server'
sock.close()
TCP 三次握手
python代码写套接字很简单。传说的TCP三次握手又是如何体现的呢？什么是三次握手呢"2016627162110796.png (416×209)" src="/UploadFiles/2021-04-08/2016627162110796.png">
上图也很清晰的表明了三次握手的socket具体过程。
- 客户端socket对象connect调用之后进行阻塞，此过程发送了一个syn。
- 服务器socket对象调用accept函数之后阻塞，直到客户端发送来的syn，然后发送syn和ack应答
- 客户端socket对象收到服务端发送的应答之后，再发送一个ack给服务器，并返回connect调用，建立连接。
- 服务器socket对象接受客户端最后一次握手确定ack返回accept函数，建立连接。
至此，客户端和服务器的socket通信连接建立完成，剩下的就是两个端的连接对象收发数据，从而完成网络通信。
SimpleHTTPServer
构建一个简单的HTTP服务，需要继承HTTPServer，同时requesthandler也需要继承BaseHTTPRequestHandler。python已经实现了一个例子，那就是SimpleHTTPServer。因此分析SimpleHTTPServer来查看如何使用前面的一些类构建http服务。
曾经为了表示python的简洁优雅，经常会举这样的例子，python可以一行代码开启一个服务器。
$ python -m SimpleHTTPServer
这里的SimpleHTTPServer就是实现了HTTPServer的模块。
SimpleHTTPServer通过调用BaseHTTPServer模块的test方法做为入口。
def test(HandlerClass = SimpleHTTPRequestHandler,
ServerClass = BaseHTTPServer.HTTPServer):
BaseHTTPServer.test(HandlerClass, ServerClass)
test方法做了两件事，第一件就是使用HTTPServer接受一个监听地址和requestClass参数，创建了一个实例对象，调用server_forever方法开启服务。
1.SimpleHTTPRequestHandler
根据之前的分析，使用httpserver的服务，我们只需要继续BaseHTTPRequestHandler，并提供自省的method方法即可。
class SimpleHTTPRequestHandler(BaseHTTPServer.BaseHTTPRequestHandler):
server_version = "SimpleHTTP/" + __version__
def do_GET(self):
f = self.send_head()
if f:
self.copyfile(f, self.wfile)
f.close()
def do_HEAD(self):
f = self.send_head()
if f:
f.close()
do_GET 和 do_HEAD 分别实现了http的get请求和head请求的处理。他们调用send_head方法：
def send_head(self):
path = self.translate_path(self.path)
f = None
if os.path.isdir(path):
if not self.path.endswith('/'):
self.send_response(301)
self.send_header("Location", self.path + "/")
self.end_headers()
return None
for index in "index.html", "index.htm":
index = os.path.join(path, index)
if os.path.exists(index):
path = index
break
else:
return self.list_directory(path)
ctype = self.guess_type(path)
try:
f = open(path, 'rb')
except IOError:
self.send_error(404, "File not found")
return None
self.send_response(200)
self.send_header("Content-type", ctype)
fs = os.fstat(f.fileno())
self.send_header("Content-Length", str(fs[6]))
self.send_header("Last-Modified", self.date_time_string(fs.st_mtime))
self.end_headers()
return f
send_head 方法通过uri的path分析得到客户请求的网路路径。构造head的mime元信息并发送到客户端，然后返回一个打开path的文件句柄。
2.copyfile
do_GET的下一步就是通过 copyfile方法，将客户请求的path的文件数据写入到缓冲可写文件中，发送给客户端。
3.list_directory
SimpleHTTPServer模块还提供了list_directory方法，用于响应path是一个目录，而不是文件的情况。
def list_directory(self, path):
try:
list = os.listdir(path)
except os.error:
self.send_error(404, "No permission to list directory")
return None
list.sort(key=lambda a: a.lower())
f = StringIO()
displaypath = cgi.escape(urllib.unquote(self.path))
f.write('<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 3.2 Final//EN">')
f.write("<html>\n<title>Directory listing for %s</title>\n" % displaypath)
f.write("<body>\n<h2>Directory listing for %s</h2>\n" % displaypath)
f.write("<hr>\n<ul>\n")
for name in list:
fullname = os.path.join(path, name)
displayname = linkname = name
# Append / for directories or @ for symbolic links
if os.path.isdir(fullname):
displayname = name + "/"
linkname = name + "/"
if os.path.islink(fullname):
displayname = name + "@"
# Note: a link to a directory displays with @ and links with /
f.write('<li><a href="%s">%s</a>\n'
% (urllib.quote(linkname), cgi.escape(displayname)))
f.write("</ul>\n<hr>\n</body>\n</html>\n")
length = f.tell()
f.seek(0)
self.send_response(200)
encoding = sys.getfilesystemencoding()
self.send_header("Content-type", "text/html; charset=%s" % encoding)
self.send_header("Content-Length", str(length))
self.end_headers()
return f
由此可见，处理客户端的请求，只需要使用 send_reponse， send_header 和 end_headers ，就能向客户端发送reponse。
4.自定义http服务
定义一个CustomHTTPRequestHadnler继承自BaseHTTPRequestHandler。在其内实现do_GET 方法来处理get请求。
然后再定义一个CustomHTTPServer继承自HTTPServer，它接受CustomHTTPRequestHadnler作为自己的handler。简单的代码如下：
# -*- coding: utf-8 -*-
from BaseHTTPServer import BaseHTTPRequestHandler, HTTPServer
class CustomHTTPRequestHandler(BaseHTTPRequestHandler):
def do_GET(self):
self.send_response(200)
self.send_header('Content-type', 'text/html')
self.end_headers()
self.wfile.write("hello world\r\n")
class CustomHTTPServer(HTTPServer):
def __init__(self, host, port):
HTTPServer.__init__(self, (host, port), CustomHTTPRequestHandler)
def main():
server = CustomHTTPServer('127.0.0.1', 8000)
server.serve_forever()
if __name__ == '__main__':
main()
使用curl访问可以得到
"htmlcode">127.0.0.1 - - [01/Jun/2015 11:42:33] "GET / HTTP/1.1" 200 -从socket的建立，select的IO模式，再到Server和Handler的组合构建服务。我们已经熟悉了python的基本网络编程。python的web开发中，更多是使用WSGI协议。实现该协议的还有 uWSGI和gunicorn等库。相比那些库，python内部提供了一个wsgiref模块，实现了一个简单wsgi服务--simple_server。
接下来将会通过分析simple_server，更好的掌握WSGI协议。