Python网络编程使用select实现socket全双工异步通信功能示例

下面就是详细的 Python 网络编程使用 select 实现 socket 全双工异步通信功能的攻略。

1、什么是 select

select 是一种 I/O 多路复用机制，它可以监控多个文件描述符，等待输入或输出操作就绪，从而实现启用一个线程或一个进程就能同时管理多个连接通道。

2、select 的优劣

• 优点：select 可以同时监听多个连接，无需通过多线程、多进程实现，节省了系统资源，提高了程序效率。
• 缺点：select 在高并发条件下，处理效率会随着连接增多而下降，且开发难度较大。

3、使用 select 实现 socket 全双工异步通信

（1）创建套接字和绑定端口：

import socket

server = socket.socket()
server.bind(('localhost', 8888))
server.listen(5)

（2）准备 I/O 数据：

msg1 = b'Hello, from client1!'
msg2 = b'Hello, from client2!'

（3）创建 select 对象和加入列表：

import select

inputs = [server]
outputs = []

（4）循环接收和处理数据：

while True:
    # select 机制实现异步 I/O
    # 监听 inputs 中可读事件和写事件，超时时间设置为 5 秒
    rlist, wlist, elist = select.select(inputs, outputs, inputs, 5)
    # 遍历可读事件列表，接收客户端连接请求
    for s in rlist:
        if s is server:
            conn, addr = server.accept()
            print('新客户端连接：', addr)
            # 将新连接加入 inputs 中，以便监控其输入事件
            inputs.append(conn)
        else:
            # 从已连接的客户端接收数据并输出
            data = s.recv(1024)
            if data:
                print(data)
                # 将输出目标加入 outputs 列表
                outputs.append(s)
            else:
                # 如果客户端连接关闭，将其从 inputs 中移除
                inputs.remove(s)
                s.close()

    # 遍历可写事件列表，发送数据给客户端
    for s in wlist:
        if s in outputs:
            # 向连接的客户端发送数据
            s.sendall(msg2)
            # 将该连接从输出列表中删除
            outputs.remove(s)

    # 遍历异常事件列表，关闭连接并移除
    for s in elist:
        inputs.remove(s)
        if s in outputs:
            outputs.remove(s)
        s.close()

上述示例中，创建了一个服务器套接字server 和一个监听列表 inputs，将 server 添加到 inputs 列表中，实现异步监听连接请求。接下来，使用 select.select() 方法，将 inputs 中的 socket 对象分组，轮流检查每个可读或可写的套接字，并响应相应的数据，并在需要时添加或删除socket对象。这种管理方式提供了更高的并发处理能力，增加了服务器的稳定性和可用性。

示例中还可以通过数据包长度（recv(1024)）或消息结束符（\n等）来控制数据的粘连度，这显然需要在数据发送方进行控制。

4、示例说明

示例1：使用 select 实现简单聊天室

# 聊天室服务端示例
import socket
import select

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
server.bind(('localhost', 10086))
server.listen(5)

inputs = [server]
outputs = []

while True:
    rlist, wlist, elist = select.select(inputs, outputs, inputs, 5)
    for s in rlist:
        if s is server:
            conn, addr = s.accept()
            print('New connection from', addr)
            inputs.append(conn)
        else:
            try:
                data = s.recv(1024)
            except:
                data = b''

            if data:
                print(data)
                for other in inputs:
                    if other != s and other != server:
                        try:
                            other.sendall(data)
                        except:
                            pass
            else:
                inputs.remove(s)
                s.close()
    for s in wlist:
        pass
    for s in elist:
        inputs.remove(s)
        if s in outputs:
            outputs.remove(s)
        s.close()

server.close()

以上代码中，服务端创建了一个socket实例，循环接收客户端请求，并实现了基于select式的异步输入输出数据。每当一个客户端 socket 实例有数据的时候，服务端就会将这个消息广播到所有连接到的 socket 实例中。

示例2：使用 select 实现批量邮件发送

# 邮件发送客户端实例
import socket
import select

def sendmail(sender, recipient, subject, content):
    # 连接邮件服务器
    server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    server.connect(('smtp.example.com', 25))
    inputs = [server]
    outputs = []
    # 接收服务器返回信息并解码为字符串
    def recv_all(sock):
        data = b""
        while True:
            try:
                more = sock.recv(1024)
                if not more:
                    break
                data += more
            except Exception as e:
                print("对方网络不稳定，连接中断！")
                data = ""
                break
        return data.decode('utf-8')
    # 发送邮件
    rlist, wlist, elist = select.select(inputs, outputs, inputs, 10)
    server.sendall(b'HELO example.com\n')
    print(recv_all(server))
    server.sendall(b'MAIL FROM:' + sender.encode() + b'\n')
    print(recv_all(server))
    server.sendall(b'RCPT TO:' + recipient.encode() + b'\n')
    print(recv_all(server))
    server.sendall(b'DATA\n')
    print(recv_all(server))
    server.sendall(b'Subject:' + subject.encode() + b'\n')
    server.sendall(b'From:' + sender.encode() + b'\n')
    server.sendall(b'To:' + recipient.encode() + b'\n\n')
    server.sendall(content.encode() + b'\n')
    server.sendall(b'.\n')
    print(recv_all(server))
    server.sendall(b'QUIT\n')
    print(recv_all(server))
    # 关闭连接
    server.close()

if __name__ == '__main__':
    sendmail('[e-mail]', '[e-mail]', 'test email', 'hello,world!')

以上代码中，一个邮件服务是由邮件服务器和发送者和接收者两个 socket 实例组成，每个发送 socket 实例开启 select 异步输入输出数据交换机制，读入用户的 mail 消息进行后续处理。在 select 的监听机制下，实现多任务完成信道相互隔离的通信操作。