Python网络编程之socket与socketserver

Python是一门支持网络编程的语言，其中socket和socketserver模块是最常用的两种网络编程模块。在这篇文章中，我们将简单介绍这两种模块的使用方法，并提供一些示例说明。

1. 网络编程概述

网络编程是指利用计算机网络技术进行数据交换的程序设计过程。计算机网络是由若干台计算机及其它设备组成，这些计算机及设备通过通信线路连接在一起，以实现信息交换和资源共享。在网络编程中，我们需要使用一些网络协议，如TCP/IP、HTTP等协议，来进行网络数据传输。

2. socket模块

socket模块是Python中最基本的网络编程模块，它提供了网络通信的底层接口。我们可以使用socket模块实现TCP、UDP等协议下的客户端和服务器端通信。

2.1. socket模块的基本使用

在使用socket模块之前，我们需要先导入socket模块。在创建socket对象时，需要指定socket类型和协议类型。socket类型有SOCK_DGRAM和SOCK_STREAM两种，分别对应UDP和TCP协议。

import socket

# 创建TCP/IP socket
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

在创建socket对象后，我们可以用socket的connect()函数连接到远程服务器，或者用bind()函数绑定到本地地址。使用send()和recv()函数进行数据传输。

import socket

# 创建TCP/IP socket
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 连接到远程服务器
server_address = ('127.0.0.1', 8888)
sock.connect(server_address)

# 发送数据
message = 'Hello world!'
sock.sendall(message.encode())

# 接收数据
data = sock.recv(1024)
print(data.decode())

# 关闭连接
sock.close()

2.2. 用socket模块实现简单的服务端

使用Python的socket模块可以简单地实现一个TCP服务器程序。服务器程序需要先创建一个socket对象，然后使用bind()函数将socket与本地地址和端口绑定，最后通过listen()函数开始监听客户端请求，使用accept()函数接受客户端连接，并使用send()和recv()函数进行数据传输。

import socket

# 创建TCP/IP socket
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 绑定本地地址和端口
server_address = ('127.0.0.1', 8888)
sock.bind(server_address)

# 开始监听
sock.listen(1)
print('Server is running...')

# 处理客户端请求
while True:
    # 等待客户端连接
    client_sock, client_addr = sock.accept()
    print('Client connected:', client_addr)

    # 接收数据
    data = client_sock.recv(1024)

    # 发送数据
    message = 'Received data: ' + data.decode()
    client_sock.sendall(message.encode())

    # 关闭连接
    client_sock.close()

在上面的代码中，我们使用了一个while循环来持续监听客户端请求。每当有一个客户端连接到我们的服务器时，我们都会创建一个新的socket对象和地址对象，接着使用recv()函数接收客户端传来的数据，再使用sendall()函数将数据发送给客户端，最后关闭连接。

3. socketserver模块

socketserver模块是Python中高级的网络编程模块，它把socket的底层操作封装起来，使用较为简单。socketserver模块提供了一个基本的多线程TCP服务器和一个基本的多线程UDP服务器，我们可以通过实现多种协议的具体请求处理方式，来创建我们自己的服务器。

3.1. socketserver模块的基本使用

在使用socketserver模块之前，我们同样需要先导入该模块。然后创建一个我们自己实现的服务器类，派生自socketserver模块中的BaseRequestHandler类。在实现自身服务器类时，需要重载父类的handle()函数来处理客户端的请求。最后，我们可以使用socketserver模块中的TCPServer或UDPServer类，来创建我们自己的服务器，运行在本地地址或指定的网络地址和端口。

import socketserver

# 自定义服务器类
class MyHandler(socketserver.BaseRequestHandler):
    def handle(self):
        # 接收并处理客户端请求
        data = self.request.recv(1024)
        message = 'Received data: ' + data.decode()
        self.request.sendall(message.encode())

# 创建TCP服务器
server_address = ('127.0.0.1', 8888)
my_server = socketserver.ThreadingTCPServer(server_address, MyHandler)

# 运行服务器
print('Server is running...')
my_server.serve_forever()

在上面的代码中，我们首先实现了一个自定义的服务器类MyHandler，该类继承自BaseRequestHandler类，并重载了handle()函数来处理客户端请求。然后我们可以创建一个TCPServer类的实例对象，并将其绑定在本地地址和端口上，使用serve_forever()函数来运行我们的服务器。

3.2. 通过socketserver模块实现简单的Web服务器

我们可以通过实现socketserver模块提供的ThreadingHTTPServer服务器，来实现一个简单的Web服务器。ThreadingHTTPServer服务器是以多线程方式运行的HTTP服务器，它侦听来自客户端的HTTP请求，并返回HTTP响应。在实现我们的Web服务器时，我们同样需要派生自BaseHTTPRequestHandler类，实现自己的请求处理逻辑。

from http.server import ThreadingHTTPServer, BaseHTTPRequestHandler

# 自定义请求处理器
class MyHandler(BaseHTTPRequestHandler):
    def do_GET(self):
        # 根据请求路径返回不同的响应内容
        if self.path == '/':
            message = 'Hello, world!'
        elif self.path == '/about':
            message = 'This is a simple Web server written by Python.'
        else:
            message = '404 Not Found.'

        # 发送HTTP响应
        self.send_response(200)
        self.send_header('Content-type', 'text/plain; charset=utf-8')
        self.end_headers()
        self.wfile.write(message.encode())

# 创建Web服务器
server_address = ('127.0.0.1', 8080)
my_server = ThreadingHTTPServer(server_address, MyHandler)

# 运行服务器
print('Server is running...')
my_server.serve_forever()

在上面的代码中，我们继承了BaseHTTPRequestHandler类，并重载了其do_GET()函数来处理GET请求。我们根据请求的路径返回不同的响应内容，并使用send_response()函数、send_header()函数和end_headers()函数设置HTTP响应头部的状态码和Content-Type信息，最后使用wfile属性返回响应内容。