Python SocketServer.py 源码分析(一)

BaseServer 和 BaseRequestHandler

Python为网络编程提高了更高级的封装。SocketServer.py 提供了不少网络服务的类。它们的设计很优雅。Python把网络服务抽象成两个主要的类,一个是Server类,用于处理连接相关的网络操作,另外一个则是RequestHandler类,用于处理数据相关的操作。并且提供两个MixIn 类,用于扩展 Server,实现多进程或多线程。在构建网络服务的时候,Server 和 RequestHandler 并不是分开的,RequestHandler的实例对象在Server 内配合 Server工作。

改模块的主要几个Server关系如下:

        +------------+
        | BaseServer |
        +------------+
              |
              v
        +-----------+        +------------------+
        | TCPServer |------->| UnixStreamServer |
        +-----------+        +------------------+
              |
              v
        +-----------+        +--------------------+
        | UDPServer |------->| UnixDatagramServer |
        +-----------+        +--------------------+

BaseServer 分析

BaseServer 通过__init__初始化,对外提供serve_forever和 handler_request方法。

init 初始化

    def __init__(self, server_address, RequestHandlerClass):
        """Constructor.  May be extended, do not override."""
        self.server_address = server_address
        self.RequestHandlerClass = RequestHandlerClass
        self.__is_shut_down = threading.Event()
        self.__shutdown_request = False

__init__源码很简单。主要作用是创建server对象,并初始化server地址和处理请求的class。熟悉socket编程应该很清楚,server_address是一个包含主机和端口的元组。

serve_forever

创建了server对象之后,就需要使用server对象开启一个无限循环,下面来分析serve_forever的源码。

    def serve_forever(self, poll_interval=0.5):
        self.__is_shut_down.clear()
        try:
            while not self.__shutdown_request:
                r, w, e = _eintr_retry(select.select, [self], [], [],
                                       poll_interval)
                if self in r:
                    self._handle_request_noblock()
        finally:
            self.__shutdown_request = False
            self.__is_shut_down.set()

serve_forever接受一个参数poll_interval,用于表示select轮询的时间。然后进入一个无限循环,调用select方式进行网络IO的监听。

如果select函数返回,表示有IO连接或数据,那么将会调用_handle_request_noblock方法。

_handle_request_noblock

    def _handle_request_noblock(self):
        try:
            request, client_address = self.get_request()
        except socket.error:
            return
        if self.verify_request(request, client_address):
            try:
                self.process_request(request, client_address)
            except:
                self.handle_error(request, client_address)
                self.shutdown_request(request)

_handle_request_noblock方法即开始处理一个请求,并且是非阻塞。该方法通过get_request方法获取连接,具体的实现在其子类。一旦得到了连接,调用verify_request方法验证请求。验证通过,即调用process_request处理请求。如果中途出现错误,则调用handle_error处理错误,以及shutdown_request结束连接。

verify_request

    def verify_request(self, request, client_address):
        return True

该方法对request进行验证,通常会被子类重写。简单的返回True即可,然后进入process_request方法处理请求。

process_request

    def process_request(self, request, client_address):
        self.finish_request(request, client_address)
        self.shutdown_request(request)

process_request方法是mixin的入口,MixIn子类通过重写该方法,进行多线程或多进程的配置。调用finish_request完成请求的处理,同时调用shutdown_request结束请求。

finish_request

    def finish_request(self, request, client_address):
        self.RequestHandlerClass(request, client_address, self)

finish_request方法将会处理完毕请求。创建requestHandler对象,并通过requestHandler做具体的处理。

BaseRequestHandler 分析

所有requestHandler都继承BaseRequestHandler基类。

    def __init__(self, request, client_address, server):
        self.request = request
        self.client_address = client_address
        self.server = server
        self.setup()
        try:
            self.handle()
        finally:
            self.finish()

该类会处理每一个请求。初始化对象的时候,设置请求request对象。然后调用setup方法,子类会重写该方法,用于处理socket连接。接下来的将是handler和finish方法。所有对请求的处理,都可以重写handler方法。

至此,整个Python提供的Server方式即介绍完毕。总结一下,构建一个网络服务,需要一个BaseServer用于处理网络IO,同时在内部创建requestHandler对象,对所有具体的请求做处理。


BaseServer - BaseRequestHandler

__init__(server_address, RequestHandlerClass): 
    BaseServer.server_address
    BaseServer.RequestHandlerClass
    
serve_forever(): 

    select() 

    BaseServer._handle_request_noblock()

        BaseServer.get_request() -> request, client_addres

        BaseServer.verify_request()

            BaseServer.process_request()

                BaseServer.process_request()

                    BaseServer.finish_request()

                        BaseServer.RequestHandlerClass()

                            BaseRequestHandler.__init__(request)
            
                                BaseRequestHandler.request
                                BaseRequestHandler.client_address = client_address

                                BaseRequestHandler.setup()

                                BaseRequestHandler.handle()

                    BaseServer.shutdown_request()
          
                        BaseServer.close_request()

            BaseServer.shutdown_request()
          
                BaseServer.close_request()
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