# `socketserver` — Um framework para servidores de rede

Código-fonte: Lib/socketserver.py

O módulo `socketserver` simplifica a tarefa de escrever servidores de rede.

Disponibilidade: not WASI.

Este módulo não funciona ou não está disponível em WebAssembly. Veja Plataformas WebAssembly para mais informações.

Existem quatro classes básicas de servidores concretos:

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

  Isso usa o protocolo TCP da internet, que fornece fluxos contínuos de dados entre o cliente e o servidor. Se bind_and_activate for true, o construtor tenta automaticamente invocar `server_bind()` e `server_activate()`. Os outros parâmetros são passados para a classe base `BaseServer`.

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

  Isso usa datagramas, que são pacotes discretos de informações que podem chegar fora de ordem ou ser perdidos durante o trânsito. Os parâmetros são os mesmos de `TCPServer`.

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

  Essas classes usadas com menos frequência são semelhantes às classes TCP e UDP, mas usam soquetes de domínio Unix; elas não estão disponíveis em plataformas não Unix. Os parâmetros são os mesmos de `TCPServer`.

Essas quatro classes processam solicitações synchronously; cada solicitação deve ser concluída antes que a próxima solicitação possa ser iniciada. Isso não é adequado se cada solicitação demorar muito para ser concluída, porque exige muita computação ou porque retorna muitos dados que o cliente demora a processar. A solução é criar um processo ou thread separado para lidar com cada solicitação; as classes misturadas `ForkingMixIn` e `ThreadingMixIn` podem ser usadas para oferecer suporte ao comportamento assíncrono.

Criar um servidor requer várias etapas. Primeiro, você deve criar uma classe de manipulador de solicitação estendendo a classe `BaseRequestHandler` e substituindo seu método `handle()`; esse método processará as solicitações recebidas. Segundo, você deve instanciar uma das classes de servidor, passando a ela o endereço do servidor e a classe de manipulador de solicitação. É recomendável usar o servidor em uma instrução `with`. Em seguida, chame o método `handle_request()` ou `serve_forever()` do objeto do servidor para processar uma ou muitas solicitações. Finalmente, chame `server_close()` para fechar o soquete (a menos que você tenha usado uma instrução `with`).

Ao herdar de `ThreadingMixIn` para comportamento de conexão em threads, você deve declarar explicitamente como quer que suas threads se comportem em um desligamento abrupto. A classe `ThreadingMixIn` define um atributo daemon_threads, que indica se o servidor deve ou não esperar pelo término da thread. Você deve definir o sinalizador explicitamente se quiser que as threads se comportem de forma autônoma; o padrão é `False`, o que significa que o Python não sairá até que todas as threads criadas por `ThreadingMixIn` tenham sido encerradas.

As classes de servidor têm os mesmos métodos e atributos externos, não importa qual protocolo de rede eles usam.

## Notas sobre criação do servidor

Existem cinco classes em um diagrama de herança, quatro das quais representam servidores síncronos de quatro tipos:

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

Observe que `UnixDatagramServer` deriva de `UDPServer`, não de `UnixStreamServer` — a única diferença entre um IP e um servidor Unix é a família de endereços.

class socketserver.ForkingMixIn
class socketserver.ThreadingMixIn

  Versões de fork e threads de cada tipo de servidor podem ser criadas usando essas classes mix-in. Por exemplo, `ThreadingUDPServer` é criado da seguinte forma:

      class ThreadingUDPServer(ThreadingMixIn, UDPServer):
          pass

  A classe mix-in vem primeiro, pois ela substitui um método definido em `UDPServer`. Definir os vários atributos também altera o comportamento do mecanismo de servidor subjacente.

  `ForkingMixIn` e as classes Forking mencionadas abaixo estão disponíveis apenas em plataformas POSIX que oferecem suporte a `fork()`.

  block_on_close

    `ForkingMixIn.server_close` aguarda até que todos os processos filho sejam concluídos, exceto se o atributo `block_on_close` for `False`.

    `ThreadingMixIn.server_close` aguarda até que todos as threads não daemon sejam concluídos, exceto se o atributo `block_on_close` for `False`.

  daemon_threads

    Para `ThreadingMixIn`, use threads como daemon definindo `ThreadingMixIn.daemon_threads` como `True` para não esperar até que as threads sejam concluídas.

  Alterado na versão 3.7: `ForkingMixIn.server_close` e `ThreadingMixIn.server_close` agora esperam até que todos os processos filhos e threads não daemon sejam concluídos. Adicione um novo atributo de classe `ForkingMixIn.block_on_close` para optar pelo comportamento pré-3.7.

class socketserver.ForkingTCPServer
class socketserver.ForkingUDPServer
class socketserver.ThreadingTCPServer
class socketserver.ThreadingUDPServer
class socketserver.ForkingUnixStreamServer
class socketserver.ForkingUnixDatagramServer
class socketserver.ThreadingUnixStreamServer
class socketserver.ThreadingUnixDatagramServer

  Essas classes são predefinidas usando as classes mix-in.

Adicionado na versão 3.12: As classes `ForkingUnixStreamServer` e `ForkingUnixDatagramServer` foram adicionadas.

Para implementar um serviço, você deve derivar uma classe de `BaseRequestHandler` e redefinir seu método `handle()`. Você pode então executar várias versões do serviço combinando uma das classes de servidor com sua classe de manipulador de solicitação. A classe de manipulador de solicitação deve ser diferente para serviços de datagrama ou fluxo. Isso pode ser ocultado usando as subclasses de manipulador `StreamRequestHandler` ou `DatagramRequestHandler`.

Claro, você ainda tem que usar sua cabeça! Por exemplo, não faz sentido usar um servidor de Forking se o serviço contém estado na memória que pode ser modificado por diferentes solicitações, já que as modificações no processo filho nunca atingiriam o estado inicial mantido no processo pai e passado para cada filho. Neste caso, você pode usar um servidor de Threading, mas provavelmente terá que usar travas para proteger a integridade dos dados compartilhados.

Por outro lado, se você estiver construindo um servidor HTTP onde todos os dados são armazenados externamente (por exemplo, no sistema de arquivos), uma classe síncrona essencialmente tornará o serviço “surdo” enquanto uma solicitação estiver sendo manipulada – o que pode ser por um tempo muito longo se um cliente for lento para receber todos os dados que solicitou. Aqui, um servidor de Threading ou Forking é apropriado.

Em alguns casos, pode ser apropriado processar parte de uma solicitação de forma síncrona, mas terminar o processamento em um filho bifurcado dependendo dos dados da solicitação. Isso pode ser implementado usando um servidor síncrono e fazendo uma bifurcação explícita no método da classe do manipulador de solicitações `handle()`.

Outra abordagem para lidar com múltiplas requisições simultâneas em um ambiente que não oferece suporte a threads nem `fork()` (ou onde estes são muito caros ou inapropriados para o serviço) é manter uma tabela explícita de requisições parcialmente finalizadas e usar `selectors` para decidir em qual requisição trabalhar em seguida (ou se deve lidar com uma nova requisição recebida). Isto é particularmente importante para serviços de fluxo onde cada cliente pode potencialmente ficar conectado por um longo tempo (se threads ou subprocessos não puderem ser usados).

## Objetos Server

class socketserver.BaseServer(server_address, RequestHandlerClass)

  Esta é a superclasse de todos os objetos Server no módulo. Ela define a interface, dada abaixo, mas não implementa a maioria dos métodos, o que é feito em subclasses. Os dois parâmetros são armazenados nos respectivos atributos `server_address` e `RequestHandlerClass`.

  fileno()

    Retorna um descritor de arquivo inteiro para o soquete no qual o servidor está escutando. Esta função é mais comumente passada para `selectors`, para permitir o monitoramento de múltiplos servidores no mesmo processo.

  handle_request()

    Processa uma única solicitação. Esta função chama os seguintes métodos em ordem: `get_request()`, `verify_request()` e `process_request()`. Se o método `handle()` fornecido pelo usuário da classe manipuladora levantar uma exceção, o método `handle_error()` do servidor será chamado. Se nenhuma solicitação for recebida dentro de `timeout` segundos, `handle_timeout()` será chamado e `handle_request()` retornará.

  serve_forever(poll_interval=0.5)

    Manipula solicitações até uma solicitação explícita `shutdown()`. Sonda para desligamento a cada poll_interval segundos. Ignora o atributo `timeout`. Ele também chama `service_actions()`, que pode ser usado por uma subclasse ou mixin para fornecer ações específicas para um determinado serviço. Por exemplo, a classe `ForkingMixIn` usa `service_actions()` para limpar processos filhos zumbis.

    Alterado na versão 3.3: Adicionada chamada `service_actions` ao método `serve_forever`.

  service_actions()

    Isso é chamado no laço `serve_forever()`. Este método pode ser substituído por subclasses ou classes mixin para executar ações específicas para um determinado serviço, como ações de limpeza.

    Adicionado na versão 3.3.

  shutdown()

    Diz ao laço `serve_forever()` para parar e esperar até que isso aconteça. `shutdown()` deve ser chamado enquanto `serve_forever()` estiver em execução em um thread diferente, caso contrário, ocorrerá um impasse.

  server_close()

    Limpa o servidor. Pode ser substituído.

  address_family

    A família de protocolos à qual o soquete do servidor pertence. Exemplos comuns são `socket.AF_INET`, `socket.AF_INET6` e `socket.AF_UNIX`. Subclasse as classes de servidor TCP ou UDP neste módulo com o atributo de classe `address_family = AF_INET6` definido se você quiser classes de servidor IPv6.

  RequestHandlerClass

    A classe de manipulador de solicitações fornecida pelo usuário; uma instância dessa classe é criada para cada solicitação.

  server_address

    O endereço no qual o servidor está escutando. O formato dos endereços varia dependendo da família do protocolo; veja a documentação do módulo `socket` para detalhes. Para protocolos de internet, esta é uma tupla contendo uma string dando o endereço e um número de porta inteiro: `('127.0.0.1', 80)`, por exemplo.

  socket

    O objeto soquete no qual o servidor ouve para solicitações recebidas.

  As classes de servidor oferecem suporte às seguintes variáveis de classe:

  allow_reuse_address

    Se o servidor permitirá a reutilização de um endereço. O padrão é `False`, e pode ser definido em subclasses para alterar a política.

  request_queue_size

    O tamanho da fila de requisições. Se levar muito tempo para processar uma única requisição, todas as requisições que chegarem enquanto o servidor estiver ocupado serão colocadas em uma fila, até `request_queue_size` requisições. Quando a fila estiver cheia, outras requisições de clientes receberão um erro “Conexão negada”. O valor padrão é geralmente 5, mas isso pode ser substituído por subclasses.

  socket_type

    O tipo de soquete usado pelo servidor; `socket.SOCK_STREAM` e `socket.SOCK_DGRAM` são dois valores comuns.

  timeout

    Duração do tempo limite, medida em segundos, ou `None` se nenhum tempo limite for desejado. Se `handle_request()` não receber nenhuma requisição de entrada dentro do período de tempo limite, o método `handle_timeout()` será chamado.

  Existem vários métodos de servidor que podem ser substituídos por subclasses de classes de servidor base, como `TCPServer`; esses métodos não são úteis para usuários externos do objeto de servidor.

  finish_request(request, client_address)

    Na verdade, processa a solicitação instanciando `RequestHandlerClass` e chamando seu método `handle()`.

  get_request()

    Deve aceitar uma solicitação do soquete e retornar uma tupla de 2 elementos contendo o novo objeto de soquete a ser usado para se comunicar com o cliente e o endereço do cliente.

  handle_error(request, client_address)

    Esta função é chamada se o método `handle()` de uma instância `RequestHandlerClass` levanta uma exceção. A ação padrão é exibir o traceback para erro padrão e continuar manipulando solicitações futuras.

    Alterado na versão 3.6: Agora é chamada apenas para exceções derivadas da classe `Exception`.

  handle_timeout()

    Esta função é chamada quando o atributo `timeout` foi definido para um valor diferente de `None` e o período de timeout passou sem que nenhuma solicitação tenha sido recebida. A ação padrão para servidores de bifurcação é coletar o status de quaisquer processos filhos que tenham saído, enquanto em servidores de threading esse método não faz nada.

  process_request(request, client_address)

    Chama `finish_request()` para criar uma instância de `RequestHandlerClass`. Se desejado, esta função pode criar um novo processo ou thread para manipular a solicitação; as classes `ForkingMixIn` e `ThreadingMixIn` fazem isso.

  server_activate()

    Chamado pelo construtor do servidor para ativar o servidor. O comportamento padrão para um servidor TCP apenas invoca `listen()` no soquete do servidor. Pode ser substituído.

  server_bind()

    Chamada pelo construtor do servidor para vincular o soquete ao endereço desejado. Pode ser substituída.

  verify_request(request, client_address)

    Deve retornar um valor booleano; se o valor for `True`, a solicitação será processada, e se for `False`, a solicitação será negada. Esta função pode ser substituída para implementar controles de acesso para um servidor. A implementação padrão sempre retorna `True`.

  Alterado na versão 3.6: Foi adicionado suporte para o protocolo gerenciador de contexto. Sair do gerenciador de contexto é equivalente a chamar `server_close()`.

## Objetos manipulador de requisições

class socketserver.BaseRequestHandler

  Esta é a superclasse de todos os objetos manipulador de requisições. Ela define a interface, dada abaixo. Uma subclasse concreta do manipulador de requisições deve definir um novo método `handle()` e pode substituir qualquer um dos outros métodos. Uma nova instância da subclasse é criada para cada requisição.

  setup()

    Chamada antes do método `handle()` para executar quaisquer ações de inicialização necessárias. A implementação padrão não faz nada.

  handle()

    Esta função deve fazer todo o trabalho necessário para atender a uma solicitação. A implementação padrão não faz nada. Vários atributos de instância estão disponíveis para ela; a solicitação está disponível como `request`; o endereço do cliente como `client_address`; e a instância do servidor como `server`, caso precise de acesso a informações por servidor.

    O tipo de `request` é diferente para serviços de datagrama ou fluxo. Para serviços de fluxo, `request` é um objeto soquete; para serviços de datagrama, `request` é um par de string e soquete.

  finish()

    Chamada após o método `handle()` para executar quaisquer ações de limpeza necessárias. A implementação padrão não faz nada. Se `setup()` levanta uma exceção, esta função não será chamada.

  request

    O novo objeto `socket.socket` a ser usado para se comunicar com o cliente.

  client_address

    Endereço do cliente retornado por `BaseServer.get_request()`.

  server

    Objeto `BaseServer` usado para manipular a solicitação.

class socketserver.StreamRequestHandler
class socketserver.DatagramRequestHandler

  Essas subclasses `BaseRequestHandler` substituem os métodos `setup()` e `finish()` e fornecem os atributos `rfile` e `wfile`.

  rfile

    Um objeto arquivo do qual recebe a solicitação é lido. Oferece suporte à interface legível `io.BufferedIOBase`.

  wfile

    Um objeto arquivo no qual a resposta é escrita. Oferece suporte à interface gravável `io.BufferedIOBase`

  Alterado na versão 3.6: `wfile` também oferece suporte à interface gravável `io.BufferedIOBase`.

## Exemplos

### Exemplo de `socketserver.TCPServer`

Este é o lado do servidor:

    import socketserver

    class MyTCPHandler(socketserver.BaseRequestHandler):
        """
        A classe de manipulador de solicitação para nosso servidor.

        Ela é instanciada uma vez por conexão com o servidor e deve
        substituir o método handle() para implementar a comunicação
        com o cliente.
        """

        def handle(self):
            # self.request é o soquete TCP conectado ao cliente
            pieces = [b'']
            total = 0
            while b'\n' not in pieces[-1] and total < 10_000:
                pieces.append(self.request.recv(2000))
                total += len(pieces[-1])
            self.data = b''.join(pieces)
            print(f"Received from {self.client_address[0]}:")
            print(self.data.decode("utf-8"))
            # só envia de volta os mesmos dados, mas em caixa alta
            self.request.sendall(self.data.upper())
            # após retornarmos, o soquete será fechado.

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

        # Cria o servidor, ligando-o ao localhost na porta 9999
        with socketserver.TCPServer((HOST, PORT), MyTCPHandler) as server:
            # Ativa o servidor; isso vai mantê-lo em execução até você
            # interromper o programa com Ctrl-C
            server.serve_forever()

Uma classe de manipulador de solicitações alternativa que faz uso de fluxos (objetos arquivo ou similares que simplificam a comunicação ao fornecer a interface de arquivo padrão):

    class MyTCPHandler(socketserver.StreamRequestHandler):

        def handle(self):
            # self.rfile é um objeto arquivo ou similar criado pelo manipulador.
            # Agora podemos usar, por exemplo, readline() em vez de chamadas
            # brutas a recv().
            # Nos limitamos a 10000 bytes para evitar abuso pelo remetente.
            self.data = self.rfile.readline(10000).rstrip()
            print(f"{self.client_address[0]} wrote:")
            print(self.data.decode("utf-8"))
            # Da mesma forma, self.wfile é um objeto arquivo ou similar para
            # escrever de volta para o cliente
            self.wfile.write(self.data.upper())

A diferença é que a chamada `readline()` no segundo manipulador chamará `recv()` várias vezes até encontrar um caractere de nova linha, enquanto o primeiro manipulador teve que usar um laço `recv()` para acumular dados até uma nova linha. Se tivesse usado apenas um único `recv()` sem o laço, ele teria retornado apenas o que foi recebido até agora do cliente. O TCP é baseado em fluxo: os dados chegam na ordem em que foram enviados, mas não há correlação entre as chamadas `send()` ou `sendall()` do cliente e o número de chamadas `recv()` no servidor necessárias para recebê-los.

Este é o lado do cliente:

    import socket
    import sys

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

    # Cria um soquete (SOCK_STREAM significa um soquete TCP)
    with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as sock:
        # Conecta a um servidor e envia dados
        sock.connect((HOST, PORT))
        sock.sendall(bytes(data, "utf-8"))
        sock.sendall(b"\n")

        # Recebe dados do servidor e desliga
        received = str(sock.recv(1024), "utf-8")

    print("Sent:    ", data)
    print("Received:", received)

A saída do exemplo deve se parecer com algo como isso:

Servidor:

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

Cliente:

    $ 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

### Exemplo `socketserver.UDPServer`

Este é o lado do servidor:

    import socketserver

    class MyUDPHandler(socketserver.BaseRequestHandler):
        """
        Esta classe funciona de forma semelhante à classe do manipulador TCP,
        exceto que self.request consiste em um par de dados e soquete do cliente
        e, como não há conexão, o endereço do cliente deve ser fornecido
        explicitamente ao enviar dados de volta via sendto().
        """

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

Este é o lado do cliente:

    import socket
    import sys

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

    # SOCK_DGRAM é o tipo de soquete para usar para soquetes UDP
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

    # Como você pode ver, não há uma chamada connect(); UDP não tem conexão.
    # Em vez disso, dados são enviados diretamente para o destinatário via sendto().
    sock.sendto(bytes(data + "\n", "utf-8"), (HOST, PORT))
    received = str(sock.recv(1024), "utf-8")

    print("Sent:    ", data)
    print("Received:", received)

A saída do exemplo deve ser exatamente igual à do exemplo do servidor TCP.

### Mixins assíncronos

Para construir manipuladores assíncronos, use as classes `ThreadingMixIn` e `ForkingMixIn`.

Um exemplo para a classe `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__":
        # Porta 0 significa selecionar uma porta não usada arbitrária
        HOST, PORT = "localhost", 0

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

            # Inicia uma thread com o servidor -- essa thread vai então
            # iniciar mais um thread para cada requisição
            server_thread = threading.Thread(target=server.serve_forever)
            # Sai da thread do servidor quando a thread principal é encerrada
            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()

A saída do exemplo deve se parecer com algo como isso:

    $ 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

A classe `ForkingMixIn` é usada da mesma forma, exceto que o servidor gerará um novo processo para cada solicitação. Disponível apenas em plataformas POSIX que oferecem suporte a `fork()`.