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有人說表示只學(xué)Python沒有用,，必須學(xué)會一個框架(比如Django和web.py)才能找到工作,。 其實掌握一個類似于框架的高級工具是有用的，但是基礎(chǔ)的東西可以讓你永遠不被淘汰,，不要被工具限制了自己的發(fā)展,。 今天不使用框架，也不使用Python標(biāo)準庫中的高級包,，只使用標(biāo)準庫中的socket接口寫一個Python服務(wù)器,。
在當(dāng)今Python服務(wù)器框架 (framework, 比如Django, Twisted, web.py等等) 橫行的時代，從底層的socket開始寫服務(wù)器似乎是一個出力不討好的笨方法,。 框架的意義在于掩蓋底層的細節(jié),，提供一套對于開發(fā)人員更加友好的API,，并處理諸如MVC的布局問題。 框架允許我們快速的構(gòu)建一個成型而且成熟的Python服務(wù)器,。然而,，框架本身也是依賴于底層(比如socket)。對于底層socket的了解,，不僅可以幫助我們更好的使用框架,，更可以讓我們明白框架是如何設(shè)計的。 更進一步,，如果擁有良好的底層socket編程知識和其他系統(tǒng)編程知識,，你完全可以設(shè)計并開發(fā)一款自己的框架。 如果你可以從底層socket開始,，實現(xiàn)一個完整的Python服務(wù)器,，支持用戶層的協(xié)議，并處理好諸如MVC(Model-View-Control),、多線程(threading)等問題,，并整理出一套清晰的函數(shù)或者類，作為接口(API)呈現(xiàn)給用戶,，你就相當(dāng)于設(shè)計了一個框架,。 socket接口是實際上是操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用。 socket的使用并不局限于Python語言,，你可以用C或者Java來寫出同樣的socket服務(wù)器,，而所有語言使用socket的方式都類似(Apache就是使用C實現(xiàn)的服務(wù)器)。 但是你不能跨語言的使用框架,。 框架的好處在于幫你處理了一些細節(jié),，從而實現(xiàn)快速開發(fā)，但同時受到Python本身性能的限制,。 我們已經(jīng)看到,，許多成功的網(wǎng)站都是利用動態(tài)語言(比如Python, Ruby或者PHP，比如twitter和facebook)快速開發(fā),，在網(wǎng)站成功之后,，將代碼轉(zhuǎn)換成諸如C和JAVA這樣一些效率比較高的語言，從而讓服務(wù)器能更有效率的面對每天億萬次的請求,。 在這種情況下,，底層的重要性，就遠遠超過了框架,。
回到我們的任務(wù),。 我們需要對網(wǎng)絡(luò)傳輸，特別是TCP/IP協(xié)議和socket有一定的了解,。 socket是進程間通信的一種方法,，它是基于網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的上層接口,。 socket有許多種類型，比如基于TCP協(xié)議或者UDP協(xié)議(兩種網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議),，其中又以TCP socket最為常用,。 TCP socket與雙向管道(duplex PIPE)有些類似，一個進程向socket的一端寫入或讀取文本流,，而另一個進程可以從socket的另一端讀取或?qū)懭?，比較特別是，這兩個建立socket通信的進程可以分別屬于兩臺不同的計算機,。 TCP協(xié)議,，就是規(guī)定了一些通信的守則，以便在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下能夠有效實現(xiàn)上述進程間通信過程,。 雙向管道(duplex PIPE)存活于同一臺電腦中,，所以不必區(qū)分兩個進程的所在計算機的地址，而socket必須包含有地址信息,，以便實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信,。 一個socket包含四個地址信息: 兩臺計算機的IP地址和兩個進程所使用的端口(port)。IP地址用于定位計算機,，而port用于定位進程 (一臺計算機上可以有多個進程分別使用不同的端口),。
在互聯(lián)網(wǎng)上,，讓某臺計算機作為服務(wù)器,。 服務(wù)器開放自己的端口，被動等待其他計算機連接,。 當(dāng)其他計算機作為客戶,，主動使用socket連接到服務(wù)器的時候，服務(wù)器就開始為客戶提供服務(wù),。 在Python中,，我們使用標(biāo)準庫中的socket包來進行底層的socket編程。 首先是服務(wù)器端,，我們使用bind()方法來賦予socket以固定的地址和端口,，并使用listen()方法來被動的監(jiān)聽該端口。 當(dāng)有客戶嘗試用connect()方法連接的時候,，服務(wù)器使用accept()接受連接,，從而建立一個連接的socket： socket.socket()創(chuàng)建一個socket對象，并說明socket使用的是IPv4(AF_INET,，IP version 4)和TCP協(xié)議(SOCK_STREAM),。 然后用另一臺電腦作為客戶，我們主動使用connect()方法來搜索服務(wù)器端的IP地址(在Linux中,，你可以用$ifconfig來查詢自己的IP地址)和端口,，以便客戶可以找到服務(wù)器,，并建立連接: 在上面的例子中，我們對socket的兩端都可以調(diào)用recv()方法來接收信息,，調(diào)用sendall()方法來發(fā)送信息,。 這樣，我們就可以在分處于兩臺計算機的兩個進程間進行通信了,。 當(dāng)通信結(jié)束的時候,，我們使用close()方法來關(guān)閉socket連接。 (如果沒有兩臺計算機做實驗,，也可以將客戶端IP想要connect的IP改為'127.0.0.1',，這是個特殊的IP地址，用來連接當(dāng)?shù)刂鳈C,。)
上面的例子中,，我們已經(jīng)可以使用TCP socket來為兩臺遠程計算機建立連接。 然而,，socket傳輸自由度太高,，從而帶來很多安全和兼容的問題。 我們往往利用一些應(yīng)用層的協(xié)議(比如HTTP協(xié)議)來規(guī)定socket使用規(guī)則,，以及所傳輸信息的格式,。 HTTP協(xié)議利用請求-回應(yīng)(request-response)的方式來使用TCP socket。 客戶端向服務(wù)器發(fā)一段文本作為request,，服務(wù)器端在接收到request之后,，向客戶端發(fā)送一段文本作為response。 在完成了這樣一次request-response交易之后,，TCP socket被廢棄,。 下次的request將建立新的socket。 request和response本質(zhì)上說是兩個文本,，只是HTTP協(xié)議對這兩個文本都有一定的格式要求,。 Request <——> Response 現(xiàn)在，我們寫出一個HTTP服務(wù)器端：
如我們上面所看到的,，服務(wù)器會根據(jù)request向客戶傳輸?shù)膬蓷l信息text_content和pic_content中的一條,，作為response文本。 整個response分為起始行(start line), 頭信息(head)和主體(body)三部分,。起始行就是第一行: 它實際上又由空格分為三個片段,，HTTP/1.x表示所使用的HTTP版本，200表示狀態(tài)(status code),，200是HTTP協(xié)議規(guī)定的,，表示服務(wù)器正常接收并處理請求，OK是供人來閱讀的status code,。 頭信息跟隨起始行,，它和主體之間有一個空行,。 這里的text_content或者pic_content都只有一行的頭信息，text_content用來表示主體信息的類型為html文本： 而pic_content的頭信息(Content-Type: image/jpg)說明主體的類型為jpg圖片(image/jpg),。 主體信息為html或者jpg文件的內(nèi)容,。 (注意，對于jpg文件,，我們使用'rb'模式打開,，是為了與windows兼容。因為在windows下,，jpg被認為是二進制(binary)文件,，在UNIX系統(tǒng)下，則不需要區(qū)分文本文件和二進制文件,。) 我們并沒有寫客戶端程序,，后面我們會用瀏覽器作為客戶端。 request由客戶端程序發(fā)給服務(wù)器,。 盡管request也可以像response那樣分為三部分,，request的格式與response的格式并不相同。 request由客戶發(fā)送給服務(wù)器,，比如下面是一個request： 起始行可以分為三部分,，第一部分為請求方法(request method)，第二部分是URL,，第三部分為HTTP版本,。 request method可以有GET， PUT,， POST,， DELETE， HEAD,。最常用的為GET和POST。 GET是請求服務(wù)器發(fā)送資源給客戶,，POST是請求服務(wù)器接收客戶送來的數(shù)據(jù),。 當(dāng)我們打開一個網(wǎng)頁時，我們通常是使用GET方法,；當(dāng)我們填寫表格并提交時,，我們通常使用POST方法。 第二部分為URL,，它通常指向一個資源(服務(wù)器上的資源或者其它地方的資源),。像現(xiàn)在這樣，就是指向當(dāng)前服務(wù)器的當(dāng)前目錄的test.jpg,。 按照HTTP協(xié)議的規(guī)定,，服務(wù)器需要根據(jù)請求執(zhí)行一定的操作,。 正如我們在服務(wù)器程序中看到的，我們的Python程序先檢查了request的方法,，隨后根據(jù)URL的不同,，來生成不同的response(text_content或者pic_content)。 隨后,，這個response被發(fā)送回給客戶端,。
為了配合上面的服務(wù)器程序，我已經(jīng)在放置Python程序的文件夾里,，保存了一個test.jpg圖片文件,。 我們在終端運行上面的Python程序，作為服務(wù)器端,，再打開一個瀏覽器作為客戶端,。 (如果有時間，你也完全可以用Python寫一個客戶端,。原理與上面的TCP socket的客戶端程序相類似,。) 在瀏覽器的地址欄輸入: (當(dāng)然，你也可以用令一臺電腦,，并輸入服務(wù)器的IP地址) OK,，我已經(jīng)有了一個用Python實現(xiàn)的，并從socket寫起的服務(wù)器了,。 從終端,，我們可以看到，瀏覽器實際上發(fā)出了兩個請求,。 第一個請求為 (關(guān)鍵信息在起始行,，這一個請求的主體為空): 我們的Python程序根據(jù)這個請求，發(fā)送給服務(wù)器text_content的內(nèi)容,。 瀏覽器接收到text_content之后,，發(fā)現(xiàn)正文的html文本中有<IMG src='text.jpg' />，知道需要獲得text.jpg文件來補充為圖片,，立即發(fā)出了第二個請求: 我們的Python程序分析過起始行之后,，發(fā)現(xiàn)/test.jpg符合if條件，所以將pic_content發(fā)送給客戶,。 最后,，瀏覽器根據(jù)html語言的語法，將html文本和圖畫以適當(dāng)?shù)姆绞斤@示出來,。(html可參考http://www./html/default.asp)
1) 在我們上面的服務(wù)器程序中,，我們用while循環(huán)來讓服務(wù)器一直工作下去。 實際上，我們還可以根據(jù)多線程的知識,，將while循環(huán)中的內(nèi)容改為多進程或者多線程工作,。 2) 我們的服務(wù)器程序還不完善，我們還可以讓我們的Python程序調(diào)用Python的其他功能,，以實現(xiàn)更復(fù)雜的功能,。比如說制作一個時間服務(wù)器，讓服務(wù)器向客戶返回日期和時間,。你還可以使用Python自帶的數(shù)據(jù)庫,，來實現(xiàn)一個完整的LAMP服務(wù)器。 3) socket包是比較底層的包,。Python標(biāo)準庫中還有高層的包,，比如SocketServer，SimpleHTTPServer,，CGIHTTPServer,，cgi。這些都包都是在幫助我們更容易的使用socket,。如果你已經(jīng)了解了socket,，那么這些包就很容易明白了。利用這些高層的包,，你可以寫一個相當(dāng)成熟的服務(wù)器,。 4) 在經(jīng)歷了所有的辛苦和麻煩之后，你可能發(fā)現(xiàn),，框架是那么的方便,，所以決定去使用框架?；蛘?，你已經(jīng)有了參與到框架開發(fā)的熱情。 |
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