# `socketserver` — Cadriciel pour serveurs réseaux

Code source : Lib/socketserver.py

Le module `socketserver` permet de simplifier le développement de serveurs réseaux.

Il existe quatre classes concrètes fondamentales :

class `socketserver.``TCPServer`(server_address, RequestHandlerClass, bind_and_activate=True)

  Cette classe permet de créer des flux continus de données entre un client et un serveur en utilisant le protocole internet TCP. Si bind_and_activate est vrai, le constructeur tente automatiquement d'invoquer `server_bind()` et `server_activate()`. Les autres paramètres sont passés à la classe de base `BaseServer`.

class `socketserver.``UDPServer`(server_address, RequestHandlerClass, bind_and_activate=True)

  Cette classe utilise des datagrammes, qui sont des paquets d'information pouvant arriver dans le désordre, voire être perdus, durant le transport. Les paramètres sont identiques à `TCPServer`.

class `socketserver.``UnixStreamServer`(server_address, RequestHandlerClass, bind_and_activate=True)
class `socketserver.``UnixDatagramServer`(server_address, RequestHandlerClass, bind_and_activate=True)

  Ces classes, moins fréquemment utilisées, sont similaires aux classes pour TCP et UDP mais utilisent des connecteurs UNIX ; ces connecteurs ne sont disponibles que sur les plateformes UNIX. Les paramètres sont identiques à `TCPServer`.

Ces quatre classes traitent les requêtes de façon synchrone : chaque requête doit être terminée avant de pouvoir traiter la suivante. Cette méthode n'est pas adaptée si les requêtes prennent beaucoup de temps à être traitées. Cela peut arriver si les requêtes demandent beaucoup de calcul, ou si elles renvoient beaucoup de données que le client peine à traiter. Dans ce cas, la solution est de créer un processus ou un fil d’exécution séparé pour chaque requête ; les classes de mélange `ForkingMixIn` et `ThreadingMixIn` peuvent être utilisées pour réaliser ce comportement asynchrone.

La création d'un serveur requiert plusieurs étapes. Premièrement, vous devez créer une classe pour gérer les requêtes en héritant de `BaseRequestHandler` et surcharger sa méthode `handle()`, laquelle traitera les requêtes entrantes. Deuxièmement, vous devez instancier l'une des classes serveurs et lui passer l’adresse du serveur ainsi que la classe gérant les requêtes. Il est recommandé de faire ceci dans une instruction `with`. Ensuite, appelez la méthode `handle_request()` ou `serve_forever()` de l'objet serveur afin de traiter une ou plusieurs requêtes. Enfin, appelez la méthode `server_close()` pour fermer le connecteur (à moins que vous n'ayez utilisé une instruction `with`).

Lorsque vous héritez de `ThreadingMixIn` pour déléguer les connexions à différent fils d’exécution, vous devez déclarer explicitement comment les fils d’exécution doivent se comporter en cas d'arrêt abrupt. La classe `ThreadingMixIn` définit un attribut daemon_threads, indiquant si le serveur doit attendre la fin des fils d’exécution ou non. Vous pouvez utiliser cet attribut si vous souhaitez que les fils d’exécution soient autonomes. La valeur par défaut est `False`, indiquant que Python ne doit pas quitter avant que tous les fils d'exécution créés par `ThreadingMixIn` ne soient terminés.

Toutes les classes de serveurs exposent les mêmes méthodes et attributs, peu importe le protocole réseau utilisé.

## Notes sur la création de serveurs

Il y a cinq classes dans la hiérarchie. Quatre d'entre elles représentent des serveurs synchrones de quatre types différents :

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

Note that `UnixDatagramServer` derives from `UDPServer`, not from `UnixStreamServer` --- the only difference between an IP and a Unix server is the address family.

class `socketserver.``ForkingMixIn`
class `socketserver.``ThreadingMixIn`

  Des versions utilisant des fils d’exécution ou des processus peuvent être créées pour chaque type de serveur, en utilisant ces classes de mélange. Par exemple, `ThreadingUDPServer` est créé comme suit :

      class ThreadingUDPServer(ThreadingMixIn, UDPServer):
          pass

  La classe de mélange est en premier car elle surcharge une méthode définie dans `UDPServer`. Configurer les différents attributs changera également le comportement du serveur.

  La classe `ForkingMixIn` et les classes créant des processus mentionnées ci-dessous sont uniquement disponibles sur les plateformes POSIX prenant en charge `fork()`.

  La méthode `socketserver.ForkingMixIn.server_close()` attend jusqu'à ce que tous les processus enfants soient terminés, sauf si l'attribut `socketserver.ForkingMixIn.block_on_close` est faux.

  La méthode `socketserver.ThreadingMixIn.server_close()` attend que tous les fils d'exécution non-daemon soit terminés, sauf si l'attribut `socketserver.ThreadingMixIn.block_on_close` est faux. Utilisez des fils d'exécution daemon en réglant `ThreadingMixIn.daemon_threads` à `True` afin de ne pas attendre que les fils d’exécution soit terminés.

  Modifié dans la version 3.7: Désormais, `socketserver.ForkingMixIn.server_close()` et `socketserver.ThreadingMixIn.server_close()` attendent que tous les processus enfants et les fils d’exécution non-daemon soit terminés. Ajout de `socketserver.ForkingMixIn.block_on_close`, un nouvel attribut de classe permettant de conserver le comportement pré-3.7.

class `socketserver.``ForkingTCPServer`
class `socketserver.``ForkingUDPServer`
class `socketserver.``ThreadingTCPServer`
class `socketserver.``ThreadingUDPServer`

  Ces classes sont prédéfinies en utilisant les classes de mélange.

Pour implémenter un service, vous devez créer une classe héritant de `BaseRequestHandler` et redéfinir sa méthode `handle()`. Ensuite, vous pourrez créer différentes versions de votre service en combinant les classes serveurs avec votre classe de gestion des requêtes. Cette classe de gestion des requêtes doit être différente pour les services utilisant des datagrammes ou des flux de données. Cette contrainte peut être dissimulée en utilisant les classes de gestion dérivées `StreamRequestHandler` ou `DatagramRequestHandler`.

Bien entendu, vous devrez toujours utiliser votre tête ! Par exemple, utiliser un serveur utilisant des processus clonés (forking) n'aurait aucun sens si le serveur garde en mémoire des états pouvant être modifiés par les requêtes reçues. En effet, un processus enfant traitant une requête n'aurait alors aucun moyen de propager le nouvel état à son parent. Dans ce cas, vous devez utiliser un serveur utilisant des fils d'exécution, mais cela demande probablement d'utiliser des verrous pour protéger l’intégrité des données partagées.

D'un autre côté, si vous développez un serveur HTTP qui a toutes ses données stockées hors de la mémoire (sur un système de fichiers par exemple), une classe synchrone rendrait le service sourd à toute nouvelle requête aussi longtemps qu'une précédente soit en cours de traitement. Cette situation pourrait perdurer pendant un long moment si le client prend du temps à recevoir toutes les données demandées. Dans ce cas, un serveur utilisant des processus ou des fils d'exécutions est approprié.

Dans certains cas, il peut être judicieux de commencer à traiter une requête de façon synchrone mais de pouvoir déléguer le reste du traitement à un processus enfant si besoin. Ce comportement peut être implémenté en utilisant un serveur synchrone et en laissant à la méthode `handle()`, de la classe gérant les requêtes, le soin de créer le processus enfant explicitement.

Une autre méthode pour gérer plusieurs requêtes simultanément dans un environnement ne prenant en charge ni les fils d’exécution ni `fork()` (ou si cela est trop coûteux ou inapproprié compte tenu de la nature du service) est de maintenir une table des requêtes en cours de traitement et d’utiliser `selectors` pour décider sur quelle requête travailler (et quand accepter une nouvelle requête). Cela est particulièrement important pour les services utilisant des flux de données où chaque client peut rester connecté pour longtemps. Pour une autre façon de gérer cela, voir `asyncore`.

## Objets serveur

class `socketserver.``BaseServer`(server_address, RequestHandlerClass)

  Il s'agit de la classe parente de tous les objets serveur du module. Elle déclare l'interface, définie ci-dessous, mais laisse aux classes filles le soin d'implémenter la plupart des méthodes. Les deux paramètres sont stockés respectivement dans les attributs `server_address` et `RequestHandlerClass`.

  `fileno`()

    Renvoie un entier représentant le descripteur de fichier pour le connecteur que le serveur écoute. Cette fonction est, la plupart du temps, passée à `selectors` afin de pouvoir surveiller plusieurs serveurs dans le même processus.

  `handle_request`()

    Traite une seule requête. Cette fonction appelle, dans l'ordre, les méthodes `get_request()`, `verify_request()` et `process_request()`. Si la méthode `handle()` de la classe de gestion des requêtes lève une exception, alors la méthode `handle_error()` du serveur est appelée. Si aucune requête n'est reçue avant « `timeout` » secondes, `handle_timeout()` est appelée et `handle_request()` rend la main.

  `serve_forever`(poll_interval=0.5)

    Gère les requêtes indéfiniment jusqu'à ce que `shutdown()` soit appelée. Vérifie si une demande d’arrêt (shutdown) a été émise toutes les poll_interval secondes. Ignore l'attribut `timeout`. Appelle également `service_actions()`, qui peut être utilisée par une classe enfant ou une classe de mélange afin d'implémenter une action spécifique pour un service donné. Par exemple, la classe `ForkingMixIn` utilise `service_actions()` pour supprimer les processus enfants zombies.

    Modifié dans la version 3.3: La méthode `serve_forever` appelle dorénavant `service_actions`.

  `service_actions`()

    Cette méthode est appelée dans la boucle de `serve_forever()`. Cette méthode peut être surchargée par une classe fille ou une classe de mélange afin d'effectuer une action spécifique à un service donné, comme une action de nettoyage.

    Nouveau dans la version 3.3.

  `shutdown`()

    Demande l'arrêt de la boucle de `serve_forever()` et attend jusqu'à ce que ce soit fait. `shutdown()` doit être appelée dans un fil d’exécution différent de `serve_forever()` sous peine d'interblocage.

  `server_close`()

    Nettoie le serveur. Peut être surchargée.

  `address_family`

    La famille de protocoles auquel le connecteur appartient. Les exemples les plus communs sont `socket.AF_INET` et `socket.AF_UNIX`.

  `RequestHandlerClass`

    La classe de gestion des requêtes, fournie par l'utilisateur. Une instance de cette classe est créée pour chaque requête.

  `server_address`

    Renvoie l’adresse sur laquelle le serveur écoute. Le format de l’adresse dépend de la famille de protocoles utilisée ; pour plus de détails, voir la documentation du module `socket`. Pour les protocoles Internet, cette valeur est une paire formée d'une chaine de caractère pour l’adresse et d'un entier pour le port. Exemple : `('127.0.0.1', 80)`.

  `socket`

    L'objet connecteur utilisé par le serveur pour écouter les nouvelles requêtes.

  Les classes serveurs prennent en charge les variables de classe suivantes :

  `allow_reuse_address`

    Indique si le serveur autorise la réutilisation d'une adresse. La valeur par défaut est `False` mais cela peut être changé dans les classes enfants.

  `request_queue_size`

    La taille de la file des requêtes. Lorsque traiter une requête prend du temps, toute nouvelle requête arrivant pendant que le serveur est occupé est placé dans une file jusqu'à atteindre « `request_queue_size` » requêtes. Si la queue est pleine, les nouvelles requêtes clientes se voient renvoyer une erreur Connection denied. La valeur par défaut est habituellement 5 mais peut être changée par les classes filles.

  `socket_type`

    Le type de connecteur utilisé par le serveur ; `socket.SOCK_STREAM` et `socket.SOCK_DGRAM` sont deux valeurs usuelles.

  `timeout`

    Délai d'attente en secondes, ou `None` si aucune limite n'est demandée. Si `handle_request()` ne reçoit aucune requête entrante pendant le délai d'attente, la méthode `handle_timeout()` est appelée.

  Il existe plusieurs méthodes serveur pouvant être surchargées par des classes dérivant de classes de base comme `TCPServer` ; ces méthodes ne sont pas utiles aux utilisateurs externes de l'objet serveur.

  `finish_request`(request, client_address)

    Méthode en charge de traiter la requête en instanciant `RequestHandlerClass` et en appelant sa méthode `handle()`.

  `get_request`()

    Accepte obligatoirement une requête depuis le connecteur et renvoie une paire contenant le nouvel objet connecteur utilisé pour communiquer avec le client et l'adresse du client.

  `handle_error`(request, client_address)

    Cette fonction est appelée si la méthode `handle()` de l'objet `RequestHandlerClass` lève une exception. Par défaut, la méthode imprime la trace d'appels sur la sortie d'erreur standard et continue de traiter les requêtes suivantes.

    Modifié dans la version 3.6: N'est maintenant appelée que sur les exceptions dérivant de la classe `Exception`.

  `handle_timeout`()

    Cette fonction est appelée lorsque l'attribut `timeout` est réglé à autre chose que `None` et que le délai d'attente expire sans qu'aucune requête ne soit reçue. Par défaut, cette fonction récupère le statut de tous les processus enfants ayant terminé pour les serveurs utilisant des processus ou ne fait rien pour le cas des serveurs utilisant des fils d’exécution.

  `process_request`(request, client_address)

    Appelle `finish_request()` pour instancier `RequestHandlerClass`. Si désiré, cette fonction peut créer des processus fils ou des fils d’exécution pour traiter les requêtes ; les classes de mélange `ForkingMixIn` et `ThreadingMixIn` implémentent cela.

  `server_activate`()

    Appelée par le constructeur du serveur afin de l'activer. Le comportement par défaut pour un serveur TCP est de seulement invoquer `listen()` sur le connecteur du serveur. Peut être surchargée.

  `server_bind`()

    Appelée par le constructeur du serveur afin d'assigner (bind) l'adresse requise au connecteur du serveur. Peut être surchargée.

  `verify_request`(request, client_address)

    Doit renvoyer un booléen. Si la valeur est `True`, la requête sera traitée. Si la valeur est `False`, la requête sera refusée. Cette fonction peut être surchargée afin d'implémenter une stratégie de contrôle d'accès au serveur. L'implémentation par défaut renvoie toujours `True`.

  Modifié dans la version 3.6: La gestion du protocole context manager a été ajoutée. Sortir du gestionnaire de contexte revient à appeler `server_close()`.

## Objets gestionnaire de requêtes

class `socketserver.``BaseRequestHandler`

  Classe de base de tous les objets gestionnaire de requêtes. Elle déclare l'interface, définie ci-dessous, pour tous les gestionnaires. Une implémentation concrète doit définir une nouvelle méthode `handle()` et peut surcharger n'importe quelle autre méthode. Cette classe concrète est instanciée pour chaque requête.

  `setup`()

    Appelée avant la méthode `handle()` afin d'effectuer toutes les opérations d'initialisation requises. L'implémentation par défaut ne fait rien.

  `handle`()

    Cette fonction doit faire tout le nécessaire pour traiter une requête. L'implémentation par défaut ne fait rien. La fonction peut accéder à plusieurs attributs d'instance : la requête elle-même se trouve dans `self.request`, l'adresse du client dans `self.client_address` et l'instance du serveur dans `self.server` (dans le cas où il aurait besoin d'accéder aux informations du serveur).

    Le type de `self.request` est différent pour les services utilisant des datagrammes ou des flux de données. Pour les services à flux de données, `self.request` renvoie l'objet connecteur ; pour les services à datagrammes, `self.request` est une paire constituée d'une chaîne de caractères et du connecteur.

  `finish`()

    Appelée après la méthode `handle()` pour effectuer les opérations de nettoyage requises. L'implémentation par défaut ne fait rien. Si `setup()` lève une exception, cette méthode n'est pas appelée.

class `socketserver.``StreamRequestHandler`
class `socketserver.``DatagramRequestHandler`

  These `BaseRequestHandler` subclasses override the `setup()` and `finish()` methods, and provide `self.rfile` and `self.wfile` attributes. The `self.rfile` and `self.wfile` attributes can be read or written, respectively, to get the request data or return data to the client. The `rfile` attributes support the `io.BufferedIOBase` readable interface, and `wfile` attributes support the `io.BufferedIOBase` writable interface.

  Modifié dans la version 3.6: `StreamRequestHandler.wfile` prend également en charge l'interface d'écriture de `io.BufferedIOBase`.

## Exemples

### Exemple pour `socketserver.TCPServer`

Implémentation côté serveur :

    import socketserver

    class MyTCPHandler(socketserver.BaseRequestHandler):
        """
        The request handler class for our server.

        It is instantiated once per connection to the server, and must
        override the handle() method to implement communication to the
        client.
        """

        def handle(self):
            # self.request is the TCP socket connected to the client
            self.data = self.request.recv(1024).strip()
            print("{} wrote:".format(self.client_address[0]))
            print(self.data)
            # just send back the same data, but upper-cased
            self.request.sendall(self.data.upper())

    if __name__ == "__main__":
        HOST, PORT = "localhost", 9999

        # Create the server, binding to localhost on port 9999
        with socketserver.TCPServer((HOST, PORT), MyTCPHandler) as server:
            # Activate the server; this will keep running until you
            # interrupt the program with Ctrl-C
            server.serve_forever()

Une implémentation alternative du gestionnaire de requêtes utilisant les flux de données (avec des objets fichier-compatibles simplifiant la communication en fournissant l'interface fichier standard) :

    class MyTCPHandler(socketserver.StreamRequestHandler):

        def handle(self):
            # self.rfile is a file-like object created by the handler;
            # we can now use e.g. readline() instead of raw recv() calls
            self.data = self.rfile.readline().strip()
            print("{} wrote:".format(self.client_address[0]))
            print(self.data)
            # Likewise, self.wfile is a file-like object used to write back
            # to the client
            self.wfile.write(self.data.upper())

La différence est que l'appel à `readline()` dans le second gestionnaire permet d'appeler `recv()` jusqu'à rencontrer un caractère de fin de ligne alors que dans le premier gestionnaire appelle directement `recv()`, renvoyant toutes les données envoyées par le client en un seul appel à `sendall()`.

Implémentation côté client :

    import socket
    import sys

    HOST, PORT = "localhost", 9999
    data = " ".join(sys.argv[1:])

    # Create a socket (SOCK_STREAM means a TCP socket)
    with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as sock:
        # Connect to server and send data
        sock.connect((HOST, PORT))
        sock.sendall(bytes(data + "\n", "utf-8"))

        # Receive data from the server and shut down
        received = str(sock.recv(1024), "utf-8")

    print("Sent:     {}".format(data))
    print("Received: {}".format(received))

La sortie de cet exemple devrait ressembler à ça :

Serveur :

    $ python TCPServer.py
    127.0.0.1 wrote:
    b'hello world with TCP'
    127.0.0.1 wrote:
    b'python is nice'

Client :

    $ python TCPClient.py hello world with TCP
    Sent:     hello world with TCP
    Received: HELLO WORLD WITH TCP
    $ python TCPClient.py python is nice
    Sent:     python is nice
    Received: PYTHON IS NICE

### Exemple pour `socketserver.UDPServer`

Implémentation côté serveur :

    import socketserver

    class MyUDPHandler(socketserver.BaseRequestHandler):
        """
        This class works similar to the TCP handler class, except that
        self.request consists of a pair of data and client socket, and since
        there is no connection the client address must be given explicitly
        when sending data back via sendto().
        """

        def handle(self):
            data = self.request[0].strip()
            socket = self.request[1]
            print("{} wrote:".format(self.client_address[0]))
            print(data)
            socket.sendto(data.upper(), self.client_address)

    if __name__ == "__main__":
        HOST, PORT = "localhost", 9999
        with socketserver.UDPServer((HOST, PORT), MyUDPHandler) as server:
            server.serve_forever()

Implémentation côté client :

    import socket
    import sys

    HOST, PORT = "localhost", 9999
    data = " ".join(sys.argv[1:])

    # SOCK_DGRAM is the socket type to use for UDP sockets
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

    # As you can see, there is no connect() call; UDP has no connections.
    # Instead, data is directly sent to the recipient via sendto().
    sock.sendto(bytes(data + "\n", "utf-8"), (HOST, PORT))
    received = str(sock.recv(1024), "utf-8")

    print("Sent:     {}".format(data))
    print("Received: {}".format(received))

La sortie de cet exemple devrait ressembler exactement à la sortie de l'exemple pour le serveur TCP.

### Classes de mélange asynchrone

Pour développer des gestionnaires asynchrones, utilisez les classes `ThreadingMixIn` et `ForkingMixIn`.

Exemple pour `ThreadingMixIn` :

    import socket
    import threading
    import socketserver

    class ThreadedTCPRequestHandler(socketserver.BaseRequestHandler):

        def handle(self):
            data = str(self.request.recv(1024), 'ascii')
            cur_thread = threading.current_thread()
            response = bytes("{}: {}".format(cur_thread.name, data), 'ascii')
            self.request.sendall(response)

    class ThreadedTCPServer(socketserver.ThreadingMixIn, socketserver.TCPServer):
        pass

    def client(ip, port, message):
        with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as sock:
            sock.connect((ip, port))
            sock.sendall(bytes(message, 'ascii'))
            response = str(sock.recv(1024), 'ascii')
            print("Received: {}".format(response))

    if __name__ == "__main__":
        # Port 0 means to select an arbitrary unused port
        HOST, PORT = "localhost", 0

        server = ThreadedTCPServer((HOST, PORT), ThreadedTCPRequestHandler)
        with server:
            ip, port = server.server_address

            # Start a thread with the server -- that thread will then start one
            # more thread for each request
            server_thread = threading.Thread(target=server.serve_forever)
            # Exit the server thread when the main thread terminates
            server_thread.daemon = True
            server_thread.start()
            print("Server loop running in thread:", server_thread.name)

            client(ip, port, "Hello World 1")
            client(ip, port, "Hello World 2")
            client(ip, port, "Hello World 3")

            server.shutdown()

La sortie de cet exemple devrait ressembler à ça :

    $ python ThreadedTCPServer.py
    Server loop running in thread: Thread-1
    Received: Thread-2: Hello World 1
    Received: Thread-3: Hello World 2
    Received: Thread-4: Hello World 3

La classe `ForkingMixIn` est utilisable de la même façon à la différence près que le serveur crée un nouveau processus fils pour chaque requête. Disponible uniquement sur les plateformes POSIX prenant en charge `fork()`.