目錄
- 一、常見模型分類
- 1.1、循環(huán)服務(wù)器模型
- 1.2、IO并發(fā)模型
- 1.3、多進(jìn)程/線程網(wǎng)絡(luò)并發(fā)模型
- 二、基于fork的多進(jìn)程網(wǎng)絡(luò)并發(fā)模型
- 三、基于threading的多線程網(wǎng)絡(luò)并發(fā)
- 四、ftp 文件服務(wù)器
- 4.1、項(xiàng)目功能
- 4.2、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
- 五、IO并發(fā)
- 5.1、IO分類
- 5.2、IO多路復(fù)用
- 5.3、位運(yùn)算
- 5.4、poll方法實(shí)現(xiàn)IO多路復(fù)用
- 5.5、epoll方法
一、常見模型分類
1.1、循環(huán)服務(wù)器模型
循環(huán)接收客戶端請(qǐng)求,處理請(qǐng)求。同一時(shí)刻只能處理一個(gè)請(qǐng)求,處理完畢后再處理下一個(gè)。
- 優(yōu)點(diǎn):實(shí)現(xiàn)簡單,占用資源少
- 缺點(diǎn):無法同時(shí)處理多個(gè)客戶端請(qǐng)求
- 適用情況:處理的任務(wù)可以很快完成,客戶端無需長期占用服務(wù)端程序。udp比tcp更適合循環(huán)。
1.2、IO并發(fā)模型
利用IO多路復(fù)用,異步IO等技術(shù),同時(shí)處理多個(gè)客戶端IO請(qǐng)求。
- 優(yōu)點(diǎn) : 資源消耗少,能同時(shí)高效處理多個(gè)IO行為
- 缺點(diǎn) : 只能處理并發(fā)產(chǎn)生的IO事件,無法處理cpu計(jì)算
- 適用情況:HTTP請(qǐng)求,網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)榷际荌O行為。
1.3、多進(jìn)程/線程網(wǎng)絡(luò)并發(fā)模型
每當(dāng)一個(gè)客戶端連接服務(wù)器,就創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程/線程為該客戶端服務(wù),客戶端退出時(shí)再銷毀該進(jìn)程/線程。
- 優(yōu)點(diǎn):能同時(shí)滿足多個(gè)客戶端長期占有服務(wù)端需求,可以處理各種請(qǐng)求。
- 缺點(diǎn): 資源消耗較大
- 適用情況:客戶端同時(shí)連接量較少,需要處理行為較復(fù)雜情況。
二、基于fork的多進(jìn)程網(wǎng)絡(luò)并發(fā)模型
1.創(chuàng)建監(jiān)聽套接字
2.等待接收客戶端請(qǐng)求
3.客戶端連接創(chuàng)建新的進(jìn)程處理客戶端請(qǐng)求
4.原進(jìn)程繼續(xù)等待其他客戶端連接
5.如果客戶端退出,則銷毀對(duì)應(yīng)的進(jìn)程
from socket import *
import os
import signal
# 創(chuàng)建監(jiān)聽套接字
HOST = '0.0.0.0'
PORT = 8888
ADDR = (HOST,PORT)
# 客戶端服務(wù)函數(shù)
def handle(c):
while True:
data = c.recv(1024)
if not data:
break
print(data.decode())
c.send(b'OK')
c.close()
s = socket() # tcp套接字
s.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) # 設(shè)置套接字端口重用
s.bind(ADDR)
s.listen(3)
signal.signal(signal.SIGCHLD,signal.SIG_IGN) # 處理僵尸進(jìn)程
print("Listen the port %d..." % PORT)
# 循環(huán)等待客戶端連接
while True:
try:
c,addr = s.accept()
except KeyboardInterrupt:
os._exit(0)
except Exception as e:
print(e)
continue
# 創(chuàng)建子進(jìn)程處理這個(gè)客戶端
pid = os.fork()
if pid == 0: # 處理客戶端請(qǐng)求
s.close()
handle(c)
os._exit(0) # handle處理完客戶端請(qǐng)求子進(jìn)程也退出
# 無論出錯(cuò)或者父進(jìn)程都要循環(huán)回去接受請(qǐng)求
# c對(duì)于父進(jìn)程沒用
c.close()
三、基于threading的多線程網(wǎng)絡(luò)并發(fā)
1.創(chuàng)建監(jiān)聽套接字
2.循環(huán)接收客戶端連接請(qǐng)求
3.當(dāng)有新的客戶端連接創(chuàng)建線程處理客戶端請(qǐng)求
4.主線程繼續(xù)等待其他客戶端連接
5.當(dāng)客戶端退出,則對(duì)應(yīng)分支線程退出
from socket import *
from threading import Thread
import sys
# 創(chuàng)建監(jiān)聽套接字
HOST = '0.0.0.0'
PORT = 8888
ADDR = (HOST,PORT)
# 處理客戶端請(qǐng)求
def handle(c):
while True:
data = c.recv(1024)
if not data:
break
print(data.decode())
c.send(b'OK')
c.close()
s = socket() # tcp套接字
s.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
s.bind(ADDR)
s.listen(3)
print("Listen the port %d..."%PORT)
# 循環(huán)等待客戶端連接
while True:
try:
c,addr = s.accept()
except KeyboardInterrupt:
sys.exit("服務(wù)器退出")
except Exception as e:
print(e)
continue
# 創(chuàng)建線程處理客戶端請(qǐng)求
t = Thread(target=handle, args=(c,))
t.setDaemon(True) # 父進(jìn)程結(jié)束則所有進(jìn)程終止
t.start()
四、ftp 文件服務(wù)器
4.1、項(xiàng)目功能
客戶端有簡單的頁面命令提示:功能包含:
- 查看服務(wù)器文件庫中的文件列表(普通文件)
- 可以下載其中的某個(gè)文件到本地
- 可以上傳客戶端文件到服務(wù)器文件庫
服務(wù)器需求 :
- 允許多個(gè)客戶端同時(shí)操作
- 每個(gè)客戶端可能回連續(xù)發(fā)送命令
技術(shù)分析:
- tcp套接字更適合文件傳輸
- 并發(fā)方案 ---》 fork 多進(jìn)程并發(fā)
- 對(duì)文件的讀寫操作獲取
- 文件列表 ----》 os.listdir()
粘包的處理
4.2、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
- 服務(wù)器功能封裝在類中(上傳,下載,查看列表)
- 創(chuàng)建套接字,流程函數(shù)調(diào)用 main()
- 客戶端負(fù)責(zé)發(fā)起請(qǐng)求,接受回復(fù),展示
- 服務(wù)端負(fù)責(zé)接受請(qǐng)求,邏輯處理
ftp server:
from socket import *
from threading import Thread
import os
import time
# 全局變量
HOST = '0.0.0.0'
PORT = 8080
ADDR = (HOST,PORT)
FTP = "/home/tarena/FTP/" # 文件庫位置
# 創(chuàng)建文件服務(wù)器服務(wù)端功能類
class FTPServer(Thread):
def __init__(self,connfd):
self.connfd = connfd
super().__init__()
def do_list(self):
# 獲取文件列表
files = os.listdir(FTP)
if not files:
self.connfd.send("文件庫為空".encode())
return
else:
self.connfd.send(b'OK')
time.sleep(0.1) # 防止和后面發(fā)送內(nèi)容粘包
# 拼接文件列表
files_ = ""
for file in files:
if file[0] != '.' and \
os.path.isfile(FTP+file):
files_ += file + '\n'
self.connfd.send(files_.encode())
def do_get(self,filename):
try:
fd = open(FTP+filename,'rb')
except Exception:
self.connfd.send("文件不存在".encode())
return
else:
self.connfd.send(b'OK')
time.sleep(0.1)
# 文件發(fā)送
while True:
data = fd.read(1024)
if not data:
time.sleep(0.1)
self.connfd.send(b'##')
break
self.connfd.send(data)
# 循環(huán)接收客戶端請(qǐng)求
def run(self):
while True:
data = self.connfd.recv(1024).decode()
if not data or data == 'Q':
return
elif data == 'L':
self.do_list()
elif data[0] == 'G': # G filename
filename = data.split(' ')[-1]
self.do_get(filename)
# 網(wǎng)絡(luò)搭建
def main():
# 創(chuàng)建套接字
sockfd = socket()
sockfd.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
sockfd.bind(ADDR)
sockfd.listen(3)
print("Listen the port %d..."%PORT)
while True:
try:
connfd,addr = sockfd.accept()
print("Connect from",addr)
except KeyboardInterrupt:
print("服務(wù)器程序退出")
return
except Exception as e:
print(e)
continue
# 創(chuàng)建新的線程處理客戶端
client = FTPServer(connfd)
client.setDaemon(True)
client.start() # 運(yùn)行run方法
if __name__ == "__main__":
main()
ftp client:
from socket import *
import sys
ADDR = ('127.0.0.1',8080) # 服務(wù)器地址
# 客戶端功能處理類
class FTPClient:
def __init__(self,sockfd):
self.sockfd = sockfd
def do_list(self):
self.sockfd.send(b'L') # 發(fā)送請(qǐng)求
# 等待回復(fù)
data = self.sockfd.recv(128).decode()
if data == 'OK':
# 一次接收文件列表字符串
data = self.sockfd.recv(4096)
print(data.decode())
else:
print(data)
def do_get(self,filename):
# 發(fā)送請(qǐng)求
self.sockfd.send(('G '+filename).encode())
# 等待回復(fù)
data = self.sockfd.recv(128).decode()
if data == 'OK':
fd = open(filename,'wb')
# 接收文件
while True:
data = self.sockfd.recv(1024)
if data == b'##':
break
fd.write(data)
fd.close()
else:
print(data)
def do_quit(self):
self.sockfd.send(b'Q')
self.sockfd.close()
sys.exit("謝謝使用")
# 創(chuàng)建客戶端網(wǎng)絡(luò)
def main():
sockfd = socket()
try:
sockfd.connect(ADDR)
except Exception as e:
print(e)
return
ftp = FTPClient(sockfd) # 實(shí)例化對(duì)象
# 循環(huán)發(fā)送請(qǐng)求
while True:
print("\n=========命令選項(xiàng)==========")
print("**** list ****")
print("**** get file ****")
print("**** put file ****")
print("**** quit ****")
print("=============================")
cmd = input("輸入命令:")
if cmd.strip() == 'list':
ftp.do_list()
elif cmd[:3] == 'get':
# get filename
filename = cmd.strip().split(' ')[-1]
ftp.do_get(filename)
elif cmd[:3] == 'put':
# put ../filename
filename = cmd.strip().split(' ')[-1]
ftp.do_put(filename)
elif cmd.strip() == 'quit':
ftp.do_quit()
else:
print("請(qǐng)輸入正確命令")
if __name__ == "__main__":
main()
五、IO并發(fā)
定義:在內(nèi)存中數(shù)據(jù)交換的操作被定義為IO操作,IO------輸入輸出
內(nèi)存和磁盤進(jìn)行數(shù)據(jù)交換: 文件的讀寫 數(shù)據(jù)庫更新
內(nèi)存和終端數(shù)據(jù)交換 :input print sys.stdin sys.stdout sys.stderr
內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的交換: 網(wǎng)絡(luò)連接 recv send recvfrom
IO密集型程序 : 程序執(zhí)行中有大量的IO操作,而較少的cpu運(yùn)算操作。消耗cpu較少,IO運(yùn)行時(shí)間長
CPU(計(jì)算)密集型程序:程序中存在大量的cpu運(yùn)算,IO操作相對(duì)較少,消耗cpu大。
5.1、IO分類
IO分為:阻塞IO、非阻塞IO、IO多路復(fù)用、事件驅(qū)動(dòng)IO、異步IO
阻塞IO
- 定義: 在執(zhí)行IO操作時(shí)如果執(zhí)行條件不滿足則阻塞。阻塞IO是IO的默認(rèn)形態(tài)。
- 效率: 阻塞IO是效率很低的一種IO。但是由于邏輯簡單所以是默認(rèn)IO行為。
阻塞情況:
- 因?yàn)槟撤N執(zhí)行條件沒有滿足造成的函數(shù)阻塞 e.g. accept input recv
- 處理IO的時(shí)間較長產(chǎn)生的阻塞狀態(tài) e.g. 網(wǎng)絡(luò)傳輸, 大文件讀寫
非阻塞IO
定義 : 通過修改IO屬性行為, 使原本阻塞的IO變?yōu)榉亲枞臓顟B(tài)。
設(shè)置套接字為非阻塞IO
- sockfd.setblocking(bool)
- 功能: 設(shè)置套接字為非阻塞IO
- 參數(shù): 默認(rèn)為True,表示套接字IO阻塞;設(shè)置為False則套接字IO變?yōu)榉亲枞?/li>
超時(shí)檢測 :設(shè)置一個(gè)最長阻塞時(shí)間,超過該時(shí)間后則不再阻塞等待。
- sockfd.settimeout(sec)
- 功能:設(shè)置套接字的超時(shí)時(shí)間
- 參數(shù):設(shè)置的時(shí)間
5.2、IO多路復(fù)用
定義 :通過一個(gè)監(jiān)測,可以同時(shí)監(jiān)控多個(gè)IO事件的行為。當(dāng)哪個(gè)IO事件可以執(zhí)行,即讓這個(gè)IO事件發(fā)生。
rs, ws, xs = select(rlist, wlist, xlist[, timeout]) 監(jiān)控IO事件,阻塞等待監(jiān)控的IO時(shí)間發(fā)生
參數(shù) :
- rlist列表,存放(被動(dòng))等待處理的IO (接收)
- wlist列表,存放主動(dòng)處理的IO(發(fā)送)
- xlist列表,存放出錯(cuò),希望去處理的IO(異常)
- timeout 超時(shí)檢測
返回值:
- rs列表rlist中準(zhǔn)備就緒的IO
- ws列表wlist中準(zhǔn)備就緒的IO
- xs列表xlist中準(zhǔn)備就緒的IO
select 實(shí)現(xiàn)tcp服務(wù)
1.將關(guān)注的IO放入對(duì)應(yīng)的監(jiān)控類別列表
2.通過select函數(shù)進(jìn)行監(jiān)控
3.遍歷select返回值列表,確定就緒IO事件
4.處理發(fā)生的IO事件
from socket import *
from select import select
# 創(chuàng)建一個(gè)監(jiān)聽套接字作為關(guān)注的IO
s = socket()
s.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
s.bind(('0.0.0.0',8888))
s.listen(3)
# 設(shè)置關(guān)注列表
rlist = [s]
wlist = []
xlist = [s]
# 循環(huán)監(jiān)控IO
while True:
rs,ws,xs = select(rlist,wlist,xlist)
# 遍歷三個(gè)返回列表,處理IO
for r in rs:
# 根據(jù)遍歷到IO的不同使用if分情況處理
if r is s:
c,addr = r.accept()
print("Connect from",addr)
rlist.append(c) # 增加新的IO事件
# else為客戶端套接字就緒情況
else:
data = r.recv(1024)
# 客戶端退出
if not data:
rlist.remove(r) # 從關(guān)注列表移除
r.close()
continue # 繼續(xù)處理其他就緒IO
print("Receive:",data.decode())
# r.send(b'OK')
# 我們希望主動(dòng)處理這個(gè)IO對(duì)象
wlist.append(r)
for w in ws:
w.send(b'OK')
wlist.remove(w) # 使用后移除
for x in xs:
pass
注意:
- wlist中如果存在IO事件,則select立即返回給ws
- 處理IO過程中不要出現(xiàn)死循環(huán)占有服務(wù)端的情況
- IO多路復(fù)用消耗資源較少,效率較高擴(kuò)展:
5.3、位運(yùn)算
將整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制, 按照二進(jìn)制位進(jìn)行運(yùn)算符操作
按位與 | 按位或 ^ 按位異或 左移 >> 右移
11 1011 14 1110
(11 14 1010) (11| 14 1111) (11^ 14 0101)
11 2 ===> 44 右側(cè)補(bǔ)0 14 >> 2 ===> 3 擠掉右側(cè)的數(shù)字
使用 :
- 在做底層硬件時(shí)操作寄存器
- 做標(biāo)志位的過濾
5.4、poll方法實(shí)現(xiàn)IO多路復(fù)用
創(chuàng)建poll對(duì)象:p = select.poll()
注冊(cè)關(guān)注的IO事件:p.register(fd,event)
- fd 要關(guān)注的IO
- event 要關(guān)注的IO事件類型
常用類型:
- POLLIN 讀IO事件(rlist)
- POLLOUT 寫IO事件 (wlist)
- POLLERR 異常IO (xlist)
- POLLHUP 斷開連接
取消對(duì)IO的關(guān)注:p.unregister(fd)
參數(shù): IO對(duì)象或者IO對(duì)象的fileno
events = p.poll():
- 功能: 阻塞等待監(jiān)控的IO事件發(fā)生
- 返回值: 返回發(fā)生的IO事件
events是一個(gè)列表 [(fileno,evnet),(),()....]
每個(gè)元組為一個(gè)就緒IO,元組第一項(xiàng)是該IO的fileno,第二項(xiàng)為該IO就緒的事件類型
poll_server 步驟
1.創(chuàng)建套接字
2.將套接字register
3.創(chuàng)建查找字典,并維護(hù)
4.循環(huán)監(jiān)控IO發(fā)生
5.處理發(fā)生的IO
from socket import *
from select import *
# 創(chuàng)建套接字
s = socket()
s.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
s.bind(('0.0.0.0',8888))
s.listen(3)
# 創(chuàng)建poll對(duì)象關(guān)注s
p = poll()
# 建立查找字典,用于通過fileno查找IO對(duì)象
fdmap = {s.fileno():s}
# 關(guān)注s
p.register(s,POLLIN|POLLERR)
# 循環(huán)監(jiān)控
while True:
events = p.poll()
# 循環(huán)遍歷發(fā)生的事件 fd-->fileno
for fd,event in events:
# 區(qū)分事件進(jìn)行處理
if fd == s.fileno():
c,addr = fdmap[fd].accept()
print("Connect from",addr)
# 添加新的關(guān)注IO
p.register(c,POLLIN|POLLERR)
fdmap[c.fileno()] = c # 維護(hù)字典
# 按位與判定是POLLIN就緒
elif event POLLIN:
data = fdmap[fd].recv(1024)
if not data:
p.unregister(fd) # 取消關(guān)注
fdmap[fd].close()
del fdmap[fd] # 從字典中刪除
continue
print("Receive:",data.decode())
fdmap[fd].send(b'OK')
5.5、epoll方法
1. 使用方法 : 基本與poll相同
- 生成對(duì)象改為 epoll()
- 將所有事件類型改為EPOLL類型
2. epoll特點(diǎn)
- epoll 效率比select poll要高
- epoll 監(jiān)控IO數(shù)量比select要多
- epoll 的觸發(fā)方式比poll要多 (EPOLLET邊緣觸發(fā))
from socket import *
from select import *
# 創(chuàng)建套接字
s = socket()
s.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
s.bind(('0.0.0.0',8888))
s.listen(3)
# 創(chuàng)建epoll對(duì)象關(guān)注s
ep = epoll()
# 建立查找字典,用于通過fileno查找IO對(duì)象
fdmap = {s.fileno():s}
# 關(guān)注s
ep.register(s,EPOLLIN|EPOLLERR)
# 循環(huán)監(jiān)控
while True:
events = ep.poll()
# 循環(huán)遍歷發(fā)生的事件?。妫?->fileno
for fd,event in events:
print("親,你有IO需要處理哦")
# 區(qū)分事件進(jìn)行處理
if fd == s.fileno():
c,addr = fdmap[fd].accept()
print("Connect from",addr)
# 添加新的關(guān)注IO
# 將觸發(fā)方式變?yōu)檫吘売|發(fā)
ep.register(c,EPOLLIN|EPOLLERR|EPOLLET)
fdmap[c.fileno()] = c # 維護(hù)字典
# 按位與判定是EPOLLIN就緒
# elif event EPOLLIN:
# data = fdmap[fd].recv(1024)
# if not data:
# ep.unregister(fd) # 取消關(guān)注
# fdmap[fd].close()
# del fdmap[fd] # 從字典中刪除
# continue
# print("Receive:",data.decode())
# fdmap[fd].send(b'OK')
以上就是分析python并發(fā)網(wǎng)絡(luò)通信模型的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于python 并發(fā)網(wǎng)絡(luò)通信模型的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!
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