Python网络编程多线程实现异步服务端

在《Python中通过socketserver库创建服务端》中提到的使用socketserver库创建的服务端是同步服务端。当有多个客户端接入服务端时，必须接收了客户端A发送的数据之后，才会再接收客户端B的服务端。而如果客户端A连接服务端后，没有发送数据，此时服务端接收不到来自客户端B的数据。

通过socketserver模块的ThreadingTCPServer类可以实现异步服务端，即每个连入服务端的客户端之间互不影响，服务端可以随意接收来自客户端的数据。

1 ThreadingTCPServer类介绍

ThreadingTCPServer类会为每个连入服务端的客户端创建一个新的线程，在每个新线程中完成对客户端的操作，因此各个客户端之间互不影响，实现了异步服务器。

相关链接1 服务端的同步和异步：同步指的是必须完成一项操作之后才能继续下一项操作，比如必须接收了客户端A的数据之后才能接收客户端B的数据；而异步指的是多项操作可以同时进行，接收客户端A的数据和接收客户端B的数据可以同时进行。同步服务器可以看作是阻塞的，异步服务器可以看作是非阻塞的。

2 ThreadingTCPServer类的使用

实例化ThreadingTCPServer类时，需要Python中通过socketserver库创建服务端提到的socketserver.BaseRequestHandler类的派生类。

2.1 创建socketserver.BaseRequestHandler类的派生类

使用Python中通过socketserver库创建服务端中相同的代码，创建派生类MyTCPHandler。

2.2 设置主机IP地址和监听端口

设置主机IP地址和监听端口的代码如图1所示。

图1 服务端IP地址和监听端口号

2.3 创建ThreadingTCPServer类的实例

通过如图2所示的代码，创建ThreadingTCPServer类的实例。

图2 创建ThreadingTCPServer类的实例

其中，MyTCPHandler是“2.1 创建socketserver.BaseRequestHandler类的派生类”中创建的派生类。这样，BaseRequestHandler类就与ThreadingTCPServer类关联起来。

2.4 创建新线程处理客户端的请求

当有客户端连接服务端时，通过threading类创建ThreadingTCPServer类的实例server的新线程。

2.4.1 创建threading类的实例

通过如图3所示的代码创建threading类的实例。

图3 创建threading类的实例

其中，threading.Thread()方法的作用是创建threading类的实例，该函数的target参数指定了新线程对应的方法，server是“2.3 创建ThreadingTCPServer类的实例”中创建的ThreadingTCPServer类的实例，而serve_forever()方法是ThreadingTCPServer类父类socketserver的方法，该方法通过循环的方式用来处理客户端请求，直到调用了shutdown()时，该循环才会结束。

2.4.2 创建新线程

通过如图4所示的代码创建新线程。

图4 创建新线程

2.4.3 添加循环使得服务端不退出

为了等待客户端的连接，需要在服务端的主程序中添加while循环，使得服务端在等待客户端连接时不退出，代码如图5所示。

图5 while循环

注意1：因为使用了threading类，所以在程序起始位置处需要导入threading模块。

3 测试

3.1 测试1

运行服务端，在windows10中运行客户端1，客户端1只连接服务端，而不向服务端发送数据；在windows7中运行服务端2，服务端2连接服务端后，向服务端发送数据。此时，服务端的效果如图6所示。

图6 服务端效果

从图6中可以看出，即使客户端1没有向服务端发送数据，服务端依然能够处理客户端2的请求，这样就实现了异步的功能。

3.2 测试2

修改服务端代码，在“2.1 创建socketserver.BaseRequestHandler类的派生类”中提到的代码最后添加如图7所示的代码， 显示当前线程号。

图7 显示当前线程号

之后，在“2.4.3 添加循环使得服务端不退出”中提到的while语句前添加显示主线程号的代码，如图8所示。

图8 显示主线程号

最后，在windows10中运行客户端1，在windows7中运行客户端2，客户端1和客户端2都向服务端发送数据，此时服务端的效果如图9所示。

图9 服务端效果

从图9中可以看出，客户端的主线程是Thread-1；用于和Windows10客户端通信的线程是Thread-2；用于和Windows7客户端通信的线程是Thread-3。

4 完整代码

服务端完整代码如图10所示。

图10 服务端完整代码