Python实现socket非阻塞通讯功能示例

接下来我会详细讲解Python实现socket非阻塞通讯的完整攻略。

什么是Socket非阻塞通讯

在网络编程中，我们常常需要使用Socket来进行网络通信。而在Socket的使用过程中，一般都会采用阻塞式编程方式。即当Socket收到请求或发送数据时，程序会一直等待，直到数据传输完成才会执行下一步操作。

而Socket非阻塞通讯则是指在Socket通信过程中，程序不会一直等待。当Socket收到请求或发送数据时，程序可以直接进行下一步操作，不必等待Socket传输完成。这种方式可以大大提高程序的并发性。

如何实现Socket非阻塞通讯

实现Socket非阻塞通讯的方式有多种。其中一种较为常见的方式是使用Python的select模块和非阻塞式Socket。

1. 创建非阻塞式Socket

我们可以使用Python的socket模块来创建Socket，并将其设置为非阻塞式：

import socket

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.setblocking(False)
sock.bind(('127.0.0.1', 3000))
sock.listen(5)

在上面的代码中，我们使用了socket模块创建了一个TCP类型的Socket，并将其设置为非阻塞式。由于设置了非阻塞式，Socket在进行数据传输时就不会一直等待，而是会立即返回数据状态。同时，我们将Socket绑定到本地端口3000上，并开始监听客户端的连接请求。

2. 使用select模块进行数据交互

在Socket通信过程中，我们需要不断检查Socket是否有数据到来或者数据是否已经发送完成。这时我们可以使用Python的select模块。相较于阻塞式编程，这种方式会减少无效的等待时间，提升程序性能。

首先，我们需要使用select模块来创建I/O对象和I/O读写列表：

import select

inputs = [sock]
outputs = []

在上面的代码中，我们定义了一个reads列表和一个writes列表。分别用来存储需要读取和需要写入数据的Socket对象。

然后，我们可以使用select模块的select函数来进行I/O对象列表的监听：

while inputs:
    rs, ws, xs = select.select(inputs, outputs, inputs)

    for r in rs:
        # 处理读取事件
        pass

    for w in ws:
        # 处理写入事件
        pass

    for x in xs:
        # 处理异常事件
        pass

在上面的代码中，调用select.select()函数来监听输入对象列表，监听输出对象列表和监听异常条件，其中：

• rs: 表示可读I/O列表
• ws: 表示可写I/O列表
• xs: 表示异常I/O列表

在监听事件之后，我们需要根据当前的事件类型来进行读写操作。举个例子，如果rs列表中有可读数据，那么我们可以使用recv函数来读取数据：

for r in rs:
    data = r.recv(1024)
    if data:
        # 处理数据
    else:
        # Socket连接已关闭
        inputs.remove(r)
        r.close()

在上面的代码中，我们使用recv()函数来读取数据，处理完数据后如果需要断开连接则调用close()函数关闭Socket。如果当前读取的Socket已经关闭，则从输入对象列表中删除它。

示例

接下来，我们可以看一下使用Python实现Socket非阻塞通讯的一个例子：

import select
import socket

# 创建非阻塞式Socket
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.setblocking(False)
sock.bind(('127.0.0.1', 3000))
sock.listen(5)

# 初始化select模块输入输出列表
inputs = [sock]
outputs = []

while inputs:
    rs, ws, xs = select.select(inputs, outputs, [])

    for r in rs:
        if r is sock:
            # 处理连接请求
            conn, addr = sock.accept()
            conn.setblocking(False)
            inputs.append(conn)
        else:
            data = r.recv(1024)
            if data:
                # 处理数据
                pass
            else:
                inputs.remove(r)
                r.close()

    for w in ws:
        # 处理写入事件
        pass

在上面的示例中，我们首先创建了一个非阻塞式Socket并将其绑定到端口3000上。然后我们创建了一个select模块的输入输出列表。

在程序运行时，我们首先使用select模块对输入输出列表进行监听。当rs列表中有可以读取的数据时，我们使用recv()函数读取数据并进行处理。当ws列表中有可以写入的数据时，我们使用send()函数写入数据。同时，当rs列表中有新的连接请求时，我们使用accept()函数接收连接，并将其添加到inputs列表中。

这个例子实现了一个简单的非阻塞式Socket服务器，并且可以同时接收多个客户端的连接和数据请求。

示例2

下面是另一个示例，可以让代码更加清晰明了：

import socket
import select

HOST = '' 
PORT = 13333
MAX_LISTEN = 100
RECV_BUF_SIZE = 4096
EOL1 = b'\n\n'
EOL2 = b'\n\r\n'

def handle_client(connection):
    data = connection.recv(RECV_BUF_SIZE)
    print(data.decode('utf-8'))
    connection.send(bytes('HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Length: 5\r\n\r\nHello', 'utf-8'))
    connection.close()


def handle_server(server_socket):
    server_socket.setblocking(0)
    server_socket.listen(MAX_LISTEN)
    inputs = [server_socket]
    outputs = []
    while True:
        readable, writeable, exceptional = select.select(inputs, outputs, inputs)
        for r in readable:
            if r in inputs:
                if r is server_socket:
                    connection, client_address = r.accept()
                    connection.setblocking(0)
                    inputs.append(connection)
                else:
                    handle_client(r)
                    inputs.remove(r)
                    if r in outputs:
                        outputs.remove(r)
        for w in writeable:
            pass
        for e in exceptional:
            pass


if __name__ == '__main__':
    try:
        server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
        server_socket.bind((HOST, PORT))
        print('HTTP Server listening on', PORT)
        handle_server(server_socket)
    except Exception as e:
        print(e)

在这个例子中，我们首先定义了一个handle_client()函数来处理客户端请求。并定义了一个handle_server()函数来启动Non-Blocking Socket服务器。

然后，在handle_server函数中，我们设置了socket为非阻塞式，使用select模块来进行对象列表的监听。在监听到有readable对象时，我们进行数据读取和处理；当对象可以writeable时，我们进行数据写入处理。

在这个例子中，我们实现了一个简单的HTTP服务器，并且使其支持非阻塞式Socket通信。

【注】以上代码均未经过安全性和效率方面的审查和测试，仅作为示例。实际使用中需谨慎。