Python select及selectors模块概念用法详解

 1. select模块

针对select，要先理解其他几个概念：

文件描述符：

文件描述符在形式上是一个非负整数。实际上，它是一个索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。

内核空间：

Linux简化了分段机制，使得虚拟地址与线性地址总是一致，因此，Linux的虚拟地址空间也为0～4G。Linux内核将这4G字节的空间分为两部分。将最高的1G字节（从虚拟地址0xC0000000到0xFFFFFFFF），供内核使用，称为“内核空间”。而将较低的3G字节（从虚拟地址 0x00000000到0xBFFFFFFF），供各个进程使用，称为“用户空间）。因为每个进程可以通过系统调用进入内核，因此，Linux内核由系统内的所有进程共享。于是，从具体进程的角度来看，每个进程可以拥有4G字节的虚拟空间。

内核空间中存放的是内核代码和数据，而进程的用户空间中存放的是用户程序的代码和数据。不管是内核空间还是用户空间，它们都处于虚拟空间中。

内核空间和用户空间一般通过系统调用进行通信。

select就是针对许多文件描述符(简称fd)进行监控，它有三个参数：

• rlist -- wait until ready for reading
• wlist -- wait until ready for writing
• xlist -- wait for an "exceptional condition"
  

第一个参数监控 进来的 数据的fd列表，select监控这个列表，等待这些fd发送过来数据，一旦数据发送过来了（可以读取了），就返回一个可读的fd列表

第二个参数监控 出去的 数据的fd列表，select监控这个列表，等待这些fd发送出去数据，一旦fd准备好发送了（可以写入了），就返回一个可写的fd列表

第三个参数监控fd列表，返回出异常的fd列表

服务端：

import select
import socket
import sys
import queue

# 生成socket对象
server = socket.socket()
# 设置非阻塞模式
server.setblocking(False)

# 绑定地址，设置监听
server.bind(('localhost',9999))
server.listen(5)

# 将自己也放进待监测列表里
inputs = [server, ]
outputs = []
message_queues = {}

while True:
  '''
  关于socket可读可写的判断，可以参考博客：https://blog.csdn.net/majianfei1023/article/details/45788591
  '''
  rlist, wlist, elist = select.select(inputs,outputs,inputs) #如果没有任何fd就绪,那程序就会一直阻塞在这里

  for r in rlist: # 遍历已经可以准备读取数据的 fd
    if r is server: # 如果这个 fd 是server，即 server 有数据待接收读取，说明有新的客户端连接过来了
      conn, client_addr = r.accept()
      print("new connection from",client_addr)
      conn.setblocking(False)
      inputs.append(conn) # 将这个新的客户端连接添加到检测的列表中
      message_queues[conn] = queue.Queue() # 用队列存储客户端发送来的数据，等待服务器统一返回数据

    else:     # 这个可读的 r 不是服务器，那就是某个客户端。就是说客户端发送数据过来了，这些数据处于待读取状态
      try:    # 异常处理，这是为了防止客户端异常断开报错（比如手动关掉客户端黑窗口，服务器也会跟着报错退出）
        data = r.recv(1024)
        if data:  # 根据判断data是否为空，判断客户端是否断开
          print("收到来自[%s]的数据:" % r.getpeername()[0], data)
          message_queues[r].put(data)  # 收到的数据先放到queue里,一会返回给客户端
          if r not in outputs:
            outputs.append(r)   # 放进可写的fd列表中，表明这些 fd 已经准备好去发送数据了。
        else:  # 如果数据为空，表明客户端断开了
          print('客户端断开了')
          if r in outputs:
            outputs.remove(r)  # 清理已断开的连接
          inputs.remove(r)     # 清理已断开的连接
          del message_queues[r]  # 清理已断开的连接
      except ConnectionResetError:   # 如果报错，说明客户端断开了
        print("客户端异常断开了", r)
        if r in outputs:
          outputs.remove(r)  # 清理已断开的连接
        inputs.remove(r)    # 清理已断开的连接
        del message_queues[r] # 清理已断开的连接

  for w in wlist:    # 遍历可写的 fd 列表，即准备好发送数据的那些fd
    # 判断队列是否为空
    try :
      next_msg = message_queues[w].get_nowait()
    except queue.Empty:
      # print("client [%s]" % w.getpeername()[0], "queue is empty..")
      outputs.remove(w)
    # 队列不为空，就把队列中的数据改成大写，原样发回去
    else:
      # print("sending msg to [%s]"% w.getpeername()[0], next_msg)
      w.send(next_msg.upper())

  for e in elist:  # 处理报错的 fd
    e.close()
    print("Error occured in ",e.getpeername())
    inputs.remove(e)
    if e in outputs:
      outputs.remove(e)
    del message_queues[e]

客户端：

import socket
import sys

sock = socket.socket()
sock.connect(('localhost',9999))
while True:
  c = input('>>>:').strip()
  sock.send(c.encode())
  data = sock.recv(1024)
  print(data.decode())

sock.close()

2. selectors模块

官方文档：https://docs.python.org/3/library/selectors.html

服务端：

import selectors
import socket

# 根据平台自动选择最佳的IO多路机制，比如linux就会选择epoll,windows会选择select
sel = selectors.DefaultSelector()

def accept(sock, mask):
  # 建立客户端连接
  conn, addr = sock.accept()
  print('accepted', conn, 'from', addr)
  # 设置非阻塞模式
  conn.setblocking(False)
  # 再次注册一个连接，将其加入监测列表中，
  sel.register(conn, selectors.EVENT_READ, read)

def read(conn, mask):
  try:  # 抛出客户端强制关闭的异常（如手动关闭客户端黑窗口）
    data = conn.recv(1000) # Should be ready
    if data:
      print('echoing', repr(data), 'to', conn)
      conn.send(data) # Hope it won't block
    else:
      print('Client closed.', conn)
      # 将conn从监测列表删除
      sel.unregister(conn)
      conn.close()
  except ConnectionResetError:
    print('Client forcibly closed.', conn)
    # 将conn从监测列表删除
    sel.unregister(conn)
    conn.close()

# 创建socket对象
sock = socket.socket()

# 绑定端口，设置监听
sock.bind(('localhost', 1234))
sock.listen(100)

# 设置为非阻塞模式
sock.setblocking(False)

# 注册一个文件对象，监测它的IO事件，data是和文件对象相关的数据（此处放置了一个 accept 函数的内存地址）
# register(fileobj, events, data=None)
sel.register(sock, selectors.EVENT_READ, accept)

while True:
  '''
  sel.select()
  看似是select方法，实际上会根据平台自动选择使用select还是epoll
  它返回一个(key, events)元组, key是一个namedtuple类型的元组，可以使用 key.name 获取元组的数据
  key 的内容(fileobj,fd,events,data)：
    fileobj  已经注册的文件对象
    fd     也就是第一个参数的那个文件对象的更底层的文件描述符
    events   等待的IO事件
    data    可选项。可以存一些和fileobj有关的数据，如 sessioin 的 id
  '''
  events = sel.select()   # 监测有无活动对象，没有就阻塞在这里等待
  for key, mask in events: # 有活动对象了
    callback = key.data   # key.data 是注册时传递的 accept 函数
    callback(key.fileobj, mask)  # key.fileobj 就是传递的 socket 对象

客户端：

import socket
tin=socket.socket()
tin.connect(('localhost',1234))
while True:
  inp=input('>>>>')
  tin.send(inp.encode('utf8'))
  data=tin.recv(1024)
  print(data.decode('utf8'))

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