# `socketserver` — A framework for network servers

Código-fonte: Lib/socketserver.py

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

Existem quatro classes básicas de servidores concretos:

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

  This uses the Internet TCP protocol, which provides for continuous streams of data between the client and server. If bind_and_activate is true, the constructor automatically attempts to invoke `server_bind()` and `server_activate()`. The other parameters are passed to the `BaseServer` base class.

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 |
    +-----------+        +--------------------+

Note that `UnixDatagramServer` derives from `UDPServer`, not from `UnixStreamServer` — the only difference between an IP and a Unix stream server is the address family, which is simply repeated in both Unix server classes.

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()`.

  `socketserver.ForkingMixIn.server_close()` waits until all child processes complete, except if `socketserver.ForkingMixIn.block_on_close` attribute is false.

  `socketserver.ThreadingMixIn.server_close()` waits until all non-daemon threads complete, except if `socketserver.ThreadingMixIn.block_on_close` attribute is false. Use daemonic threads by setting `ThreadingMixIn.daemon_threads` to `True` to not wait until threads complete.

  Alterado na versão 3.7: `socketserver.ForkingMixIn.server_close()` and `socketserver.ThreadingMixIn.server_close()` now waits until all child processes and non-daemonic threads complete. Add a new `socketserver.ForkingMixIn.block_on_close` class attribute to opt-in for the pre-3.7 behaviour.

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

  Essas classes são predefinidas usando as classes mix-in.

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()`.

Another approach to handling multiple simultaneous requests in an environment that supports neither threads nor `fork()` (or where these are too expensive or inappropriate for the service) is to maintain an explicit table of partially finished requests and to use `selectors` to decide which request to work on next (or whether to handle a new incoming request). This is particularly important for stream services where each client can potentially be connected for a long time (if threads or subprocesses cannot be used). See `asyncore` for another way to manage this.

## 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.

    Novo 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`

    The family of protocols to which the server’s socket belongs. Common examples are `socket.AF_INET` and `socket.AF_UNIX`.

  `RequestHandlerClass`

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

  `server_address`

    The address on which the server is listening. The format of addresses varies depending on the protocol family; see the documentation for the `socket` module for details. For Internet protocols, this is a tuple containing a string giving the address, and an integer port number: `('127.0.0.1', 80)`, for example.

  `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`()

    This function must do all the work required to service a request. The default implementation does nothing. Several instance attributes are available to it; the request is available as `self.request`; the client address as `self.client_address`; and the server instance as `self.server`, in case it needs access to per-server information.

    The type of `self.request` is different for datagram or stream services. For stream services, `self.request` is a socket object; for datagram services, `self.request` is a pair of string and socket.

  `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.

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 of both classes support the `io.BufferedIOBase` readable interface, and `DatagramRequestHandler.wfile` supports the `io.BufferedIOBase` writable interface.

  Alterado na versão 3.6: `StreamRequestHandler.wfile` also supports the `io.BufferedIOBase` writable interface.

## Exemplos

### Exemplo de `socketserver.TCPServer`

Este é o lado do servidor:

    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()

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 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())

The difference is that the `readline()` call in the second handler will call `recv()` multiple times until it encounters a newline character, while the single `recv()` call in the first handler will just return what has been sent from the client in one `sendall()` call.

Este é o lado do cliente:

    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))

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):
        """
        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()

Este é o lado do cliente:

    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))

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__":
        # 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()

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()`.