Python selectors模块用法:实现非阻塞式编程

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前面介绍的 socket 都是采用阻塞方式进行通信的,当程序调用 recv() 方法从 socket 中读取数…

前面介绍的 socket 都是采用阻塞方式进行通信的,当程序调用 recv() 方法从 socket 中读取数据时,如果没有读取到有效的数据,当前线程就会被阻塞。为了解决这个问题,上面程序采用了多线程并发编程,即服务器端为每个客户端连接都启动一个单独的线程,不同的线程负责对应的 socket 的通信工作。

通过 selectors 模块允许 socket 以非阻塞方式进行通信,selectors 相当于一个事件注册中心,程序只要将 socket 的所有事件注册给 selectors 管理,当 selectors 检测到 socket 中的特定事件之后,程序就调用相应的监听方法进行处理。

selectors 主要支持两种事件:

  • selectors.EVENT_READ:当 socket 有数据可读时触发该事件。当有客户端连接进来时也会触发该事件。
  • selectors.EVENT_WRITE:当 socket 将要写数据时触发该事件。

使用 selectors 实现非阻塞式编程的步骤大致如下:

  1. 创建 selectors 对象。
  2. 通过 selectors 对象为 socket 的 selectors.EVENT_READ 或 selectors.EVENT_WRITE 事件注册监听器函数。每当 socket 有数据需要读写时,系统负责触发所注册的监昕器函数。
  3. 在监听器函数中处理 socket 通信。

下面程序使用 selectors 模块实现非阻塞式通信的服务器端:

  import selectors, socket    # 创建默认的selectors对象  sel = selectors.DefaultSelector()  # 负责监听“有数据可读”事件的函数  def read(skt, mask):      try:          # 读取数据          data = skt.recv(1024)          if data:              # 将读取的数据采用循环向每个socket发送一次              for s in socket_list:                  s.send(data)  # Hope it won't block          else:              # 如果该socket已被对方关闭,关闭该socket,              # 并从socket_list列表中删除              print('关闭', skt)              sel.unregister(skt)              skt.close()              socket_list.remove(skt)      # 如果捕捉到异常, 将该socket关闭,并从socket_list列表中删除      except:          print('关闭', skt)          sel.unregister(skt)          skt.close()          socket_list.remove(skt)  socket_list = []  # 负责监听“客户端连接进来”事件的函数  def accept(sock, mask):      conn, addr = sock.accept()      # 使用socket_list保存代表客户端的socket      socket_list.append(conn)      conn.setblocking(False)      # 使用sel为conn的EVENT_READ事件注册read监听函数      sel.register(conn, selectors.EVENT_READ, read)    #②  sock = socket.socket()  sock.bind(('192.168.1.88', 30000))  sock.listen()  # 设置该socket是非阻塞的  sock.setblocking(False)  # 使用sel为sock的EVENT_READ事件注册accept监听函数  sel.register(sock, selectors.EVENT_READ, accept)    #①  # 采用死循环不断提取sel的事件  while True:      events = sel.select()      for key, mask in events:          # key的data属性获取为该事件注册的监听函数          callback = key.data          # 调用监听函数, key的fileobj属性获取被监听的socket对象          callback(key.fileobj, mask)

上面程序中定义了两个监听器函数 accept() 和 read(),其中 accept() 函数作为“有客户端连接进来”事件的监听函数,主程序中的 ① 号代码负责为 socket 的 selectors.EVENT_READ 事件注册该函数;read() 函数则作为“有数据可读”事件的监听函数,如 accept() 函数中的 ② 号代码所示。

通过上面这种方式,程序避免了采用死循环不断地调用 socket 的 accept() 方法来接受客户端连接,也避免了采用死循环不断地调用 socket 的 recv() 方法来接收数据。socket 的 accept()、recv() 方法调用都是写在事件监听函数中的,只有当事件(如“有客户端连接进来”事件、“有数据可读”事件)发生时,accept() 和 recv() 方法才会被调用,这样就避免了阻塞式编程。

为了不断地提取 selectors 中的事件,程序最后使用一个死循环不断地调用 selectors 的 select() 方法“监测”事件,每当监测到相应的事件之后,程序就会调用对应的事件监听函数。

下面是该示例的客户端程序。该客户端程序更加简单,客户端程序只需要读取 socket 中的数据,因此只要使用 selectors 为 socket 注册“有数据可读”事件的监听函数即可。

  import selectors, socket, threading    # 创建默认的selectors对象  sel = selectors.DefaultSelector()  # 负责监听“有数据可读”事件的函数  def read(conn, mask):      data = conn.recv(1024)  # Should be ready      if data:          print(data.decode('utf-8'))      else:          print('closing', conn)          sel.unregister(conn)          conn.close()  # 创建socket对象  s = socket.socket()  # 连接远程主机  s.connect(('192.168.1.88', 30000))  # 设置该socket是非阻塞的  s.setblocking(False)  # 使用sel为s的EVENT_READ事件注册read监听函数  sel.register(s, selectors.EVENT_READ, read)    # ①  # 定义不断读取用户键盘输入的函数  def keyboard_input(s):      while True:          line = input('')          if line is None or line == 'exit':              break          # 将用户的键盘输入内容写入socket          s.send(line.encode('utf-8'))  # 采用线程不断读取用户的键盘输入  threading.Thread(target=keyboard_input, args=(s, )).start()  while True:      # 获取事件      events = sel.select()      for key, mask in events:          # key的data属性获取为该事件注册的监听函数          callback = key.data          # 调用监听函数, key的fileobj属性获取被监听的socket对象          callback(key.fileobj, mask)

上面程序中的 ① 号代码为 socket 的 EVENT_READ 事件注册了 read() 监听函数,这样每当 socket 中有数据可读时,程序就会触发 read() 函数来读取 socket 中的数据。

程序最后也采用死循环不断地调用 selectors 的 select() 方法“监测”事件,每当监测到相应的事件之后,程序就会调用对应的事件监听函数。

先运行上面的服务器端程序,该程序运行后只是作为服务器,看不到任何输出信息。再运行多个客户端程序(相当于启动多个聊天室客户端登录该服务器)。接下来可以在任何一个客户端通过键盘输入一些内容,然后按回车键,即可在所有客户端(包括自己)的控制台上接收到刚刚输入的内容。这也是一个粗略的 C/S 结构的聊天室应用。

关于作者: Python基础入门教程

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