# 串流

原始碼： Lib/asyncio/streams.py

串流是支援 async/await (async/await-ready) 的高階原語 (high-level primitive)，用於處理網路連線。串流不需要使用回呼 (callback) 或低階協定和傳輸 (transport) 就能夠傳送和接收資料。

這是一個使用 asyncio 串流編寫的 TCP echo 用戶端範例：

    import asyncio

    async def tcp_echo_client(message):
        reader, writer = await asyncio.open_connection(
            '127.0.0.1', 8888)

        print(f'Send: {message!r}')
        writer.write(message.encode())
        await writer.drain()

        data = await reader.read(100)
        print(f'Received: {data.decode()!r}')

        print('Close the connection')
        writer.close()
        await writer.wait_closed()

    asyncio.run(tcp_echo_client('Hello World!'))

另請參閱下方 Examples 段落。

串流函式

下面的高階 asyncio 函式可以用來建立和處理串流：

async asyncio.open_connection(host=None, port=None, *, limit=None, ssl=None, family=0, proto=0, flags=0, sock=None, local_addr=None, server_hostname=None, ssl_handshake_timeout=None, ssl_shutdown_timeout=None, happy_eyeballs_delay=None, interleave=None)

  建立網路連線並回傳一對 `(reader, writer)` 物件。

  回傳的 reader 和 writer 物件是 `StreamReader` 和 `StreamWriter` 類別的實例。

  limit 指定了回傳的 `StreamReader` 實例所使用的緩衝區 (buffer) 大小限制。limit 預設為 64 KiB。

  其餘的引數會直接傳遞到 `loop.create_connection()`。

  備註

  The sock argument transfers ownership of the socket to the `StreamWriter` created. To close the socket, call its `close()` method.

  在 3.7 版的變更: 新增 ssl_handshake_timeout 參數。

  在 3.8 版的變更: 新增 happy_eyeballs_delay 和 interleave 參數。

  在 3.10 版的變更: 移除 loop 參數。

  在 3.11 版的變更: 新增 ssl_shutdown_timeout 參數。

async asyncio.start_server(client_connected_cb, host=None, port=None, *, limit=None, family=socket.AF_UNSPEC, flags=socket.AI_PASSIVE, sock=None, backlog=100, ssl=None, reuse_address=None, reuse_port=None, keep_alive=None, ssl_handshake_timeout=None, ssl_shutdown_timeout=None, start_serving=True)

  啟動 socket 伺服器。

  當一個新的用戶端連線被建立時，回呼函式 client_connected_cb 就會被呼叫。該函式會接收到一對引數 `(reader, writer)`，分別為 `StreamReader` 和 `StreamWriter` 的實例。

  client_connected_cb 既可以是普通的可呼叫物件 (callable)，也可以是一個協程函式；如果它是一個協程函式，它將自動作為 `Task` 來被排程。

  limit 指定了回傳的 `StreamReader` 實例所使用的緩衝區 (buffer) 大小限制。limit 預設為 64 KiB。

  剩下的引數將會直接傳遞給 `loop.create_server()`。

  備註

  The sock argument transfers ownership of the socket to the server created. To close the socket, call the server's `close()` method.

  在 3.7 版的變更: 新增 ssl_handshake_timeout 與 start_serving 參數。

  在 3.10 版的變更: 移除 loop 參數。

  在 3.11 版的變更: 新增 ssl_shutdown_timeout 參數。

  在 3.13 版的變更: 新增 keep_alive 參數。

Unix Sockets

async asyncio.open_unix_connection(path=None, *, limit=None, ssl=None, sock=None, server_hostname=None, ssl_handshake_timeout=None, ssl_shutdown_timeout=None)

  建立一個 Unix socket 連線並回傳一對 `(reader, writer)`。

  與 `open_connection()` 相似，但是是操作 Unix sockets。

  另請參閱 `loop.create_unix_connection()` 文件。

  備註

  The sock argument transfers ownership of the socket to the `StreamWriter` created. To close the socket, call its `close()` method.

  可用性: Unix.

  在 3.7 版的變更: 新增 ssl_handshake_timeout 參數。path 參數現在可以是個 path-like object

  在 3.10 版的變更: 移除 loop 參數。

  在 3.11 版的變更: 新增 ssl_shutdown_timeout 參數。

async asyncio.start_unix_server(client_connected_cb, path=None, *, limit=None, sock=None, backlog=100, ssl=None, ssl_handshake_timeout=None, ssl_shutdown_timeout=None, start_serving=True, cleanup_socket=True)

  啟動一個 Unix socket 伺服器。

  與 `start_server()` 相似，但會是操作 Unix sockets。

  If cleanup_socket is true then the Unix socket will automatically be removed from the filesystem when the server is closed, unless the socket has been replaced after the server has been created.

  另請參閱 `loop.create_unix_server()` 文件。

  備註

  The sock argument transfers ownership of the socket to the server created. To close the socket, call the server's `close()` method.

  可用性: Unix.

  在 3.7 版的變更: 新增 ssl_handshake_timeout 與 start_serving 參數。path 參數現在可以是個 path-like object。

  在 3.10 版的變更: 移除 loop 參數。

  在 3.11 版的變更: 新增 ssl_shutdown_timeout 參數。

  在 3.13 版的變更: 新增 cleanup_socket 參數。

## StreamReader

class asyncio.StreamReader

  表示一個有提供 API 來從 IO 串流中讀取資料的 reader 物件。作為一個 asynchronous iterable，此物件支援 `async for` 陳述式。

  不建議直接實例化 StreamReader 物件；使用 `open_connection()` 和 `start_server()` 會是較好的做法。

  feed_eof()

    Acknowledge the EOF.

  async read(n=-1)

    從串流中讀取至多 n 個位元組的資料。

    如果沒有設定 n 或是被設為 `-1`，則會持續讀取直到 EOF，然後回傳所有讀取到的 `bytes`。讀取到 EOF 且內部緩衝區是空的，則回傳一個空的 `bytes` 物件。

    如果 n 為 `0`，則立即回傳一個空的 `bytes` 物件。

    If n is positive, return at most n available `bytes` as soon as at least 1 byte is available in the internal buffer. If EOF is received before any byte is read, return an empty `bytes` object.

  async readline()

    讀取一行，其中"行"指的是以 `\n` 結尾的位元組序列。

    如果讀取到 EOF 而沒有找到 `\n`，該方法會回傳部分的已讀取資料。

    如果讀取到 EOF 且內部緩衝區是空的，則回傳一個空的 `bytes` 物件。

  async readexactly(n)

    讀取剛好 n 個位元組。

    如果在讀取完 n 個位元組之前讀取到 EOF，則會引發 `IncompleteReadError`。使用 `IncompleteReadError.partial` 屬性來取得串流結束前已讀取的部分資料。

  async readuntil(separator=b'\n')

    從串流中持續讀取資料直到出現 separator。

    成功後，資料和 separator（分隔符號）會從內部緩衝區中刪除（或者說是被消費掉 (consumed)）。回傳的資料在末尾會有一個 separator。

    如果讀取的資料量超過了設定的串流限制，將會引發 `LimitOverrunError` 例外，資料將被留在內部緩衝區中，並可以再次被讀取。

    如果在完整的 separator 被找到之前就讀取到 EOF，則會引發 `IncompleteReadError` 例外，且內部緩衝區會被重置。`IncompleteReadError.partial` 屬性可能包含一部分的 separator。

    The separator may also be a tuple of separators. In this case the return value will be the shortest possible that has any separator as the suffix. For the purposes of `LimitOverrunError`, the shortest possible separator is considered to be the one that matched.

    在 3.5.2 版被加入.

    在 3.13 版的變更: 現在 separator 參數可以是一個分隔符號的 `tuple`。

  at_eof()

    如果緩衝區是空的且 `feed_eof()` 曾被呼叫則回傳 `True`。

## StreamWriter

class asyncio.StreamWriter

  表示一個有提供 API 來將資料寫入 IO 串流的 writer 物件。

  不建議直接實例化 StreamWriter 物件；使用 `open_connection()` 和 `start_server()` 會是較好的做法。

  write(data)

    此方法會嘗試立即將 data 寫入到底層的 socket。如果失敗，資料會被放到內部寫入緩衝中排隊等待 (queue)，直到它可被發送。

    The data buffer should be a bytes, bytearray, or C-contiguous one-dimensional memoryview object.

    此方法應當與 `drain()` 方法一起使用：

        stream.write(data)
        await stream.drain()

  writelines(data)

    此方法會立即嘗試將一個位元組 list（或任何可疊代物件 (iterable)）寫入到底層的 socket。如果失敗，資料會被放到內部寫入緩衝中排隊等待，直到它可被發送。

    此方法應當與 `drain()` 方法一起使用：

        stream.writelines(lines)
        await stream.drain()

  close()

    此方法會關閉串流以及底層的 socket。

    此方法應與 `wait_closed()` 方法一起使用，但並非強制：

        stream.close()
        await stream.wait_closed()

  can_write_eof()

    如果底層的傳輸支援 `write_eof()` 方法就回傳 `True`，否則回傳 `False`。

  write_eof()

    在已緩衝的寫入資料被清理 (flush) 後關閉串流的寫入端。

  transport

    回傳底層的 asyncio 傳輸。

  get_extra_info(name, default=None)

    存取可選的傳輸資訊；詳情請見 `BaseTransport.get_extra_info()`。

  async drain()

    等待直到可以繼續寫入到串流。範例：

        writer.write(data)
        await writer.drain()

    這是一個與底層 IO 寫入緩衝區互動的流程控制方法。當緩衝區大小達到最高標記位 (high watermark) 時，drain() 會阻塞直到緩衝區大小減少至最低標記位 (low watermark) 以便繼續寫入。當沒有要等待的資料時，`drain()` 會立即回傳。

  async start_tls(sslcontext, *, server_hostname=None, ssl_handshake_timeout=None, ssl_shutdown_timeout=None)

    將現有的基於串流的連線升級到 TLS。

    參數：

    - sslcontext：一個 `SSLContext` 的已配置實例。

    - server_hostname：設定或覆寫將會被目標伺服器憑證比對的主機名稱。

    - ssl_handshake_timeout is the time in seconds to wait for the TLS handshake to complete before aborting the connection. `60.0` seconds if `None` (default).

    - ssl_shutdown_timeout is the time in seconds to wait for the SSL shutdown to complete before aborting the connection. `30.0` seconds if `None` (default).

    在 3.11 版被加入.

    在 3.12 版的變更: 新增 ssl_shutdown_timeout 參數。

  is_closing()

    如果串流已被關閉或正在被關閉則回傳 `True`。

    在 3.7 版被加入.

  async wait_closed()

    等待直到串流被關閉。

    應當在 `close()` 之後才被呼叫，這會持續等待直到底層的連線被關閉，以確保在這之前（例如在程式退出前）所有資料都已經被清空

    在 3.7 版被加入.

## 範例

### 使用串流的 TCP echo 用戶端

使用 `asyncio.open_connection()` 函式的 TCP echo 用戶端：

    import asyncio

    async def tcp_echo_client(message):
        reader, writer = await asyncio.open_connection(
            '127.0.0.1', 8888)

        print(f'Send: {message!r}')
        writer.write(message.encode())
        await writer.drain()

        data = await reader.read(100)
        print(f'Received: {data.decode()!r}')

        print('Close the connection')
        writer.close()
        await writer.wait_closed()

    asyncio.run(tcp_echo_client('Hello World!'))

也參考

使用低階 `loop.create_connection()` 方法的 TCP echo 用戶端協定範例。

### 使用串流的 TCP echo 伺服器

TCP echo 伺服器使用 `asyncio.start_server()` 函式：

    import asyncio

    async def handle_echo(reader, writer):
        data = await reader.read(100)
        message = data.decode()
        addr = writer.get_extra_info('peername')

        print(f"Received {message!r} from {addr!r}")

        print(f"Send: {message!r}")
        writer.write(data)
        await writer.drain()

        print("Close the connection")
        writer.close()
        await writer.wait_closed()

    async def main():
        server = await asyncio.start_server(
            handle_echo, '127.0.0.1', 8888)

        addrs = ', '.join(str(sock.getsockname()) for sock in server.sockets)
        print(f'Serving on {addrs}')

        async with server:
            await server.serve_forever()

    asyncio.run(main())

也參考

使用 `loop.create_server()` 方法的 TCP echo 伺服器協定 範例。

### 取得 HTTP 標頭

查詢自命令列傳入之 URL 所帶有 HTTP 標頭的簡單範例：

    import asyncio
    import urllib.parse
    import sys

    async def print_http_headers(url):
        url = urllib.parse.urlsplit(url)
        if url.scheme == 'https':
            reader, writer = await asyncio.open_connection(
                url.hostname, 443, ssl=True)
        else:
            reader, writer = await asyncio.open_connection(
                url.hostname, 80)

        query = (
            f"HEAD {url.path or '/'} HTTP/1.0\r\n"
            f"Host: {url.hostname}\r\n"
            f"\r\n"
        )

        writer.write(query.encode('latin-1'))
        while True:
            line = await reader.readline()
            if not line:
                break

            line = line.decode('latin1').rstrip()
            if line:
                print(f'HTTP header> {line}')

        # Ignore the body, close the socket
        writer.close()
        await writer.wait_closed()

    url = sys.argv[1]
    asyncio.run(print_http_headers(url))

用法：

    python example.py http://example.com/path/page.html

或使用 HTTPS：

    python example.py https://example.com/path/page.html

### 註冊一個使用串流來等待資料的開放 socket

等待直到 socket 透過使用 `open_connection()` 函式接收到資料的協程：

    import asyncio
    import socket

    async def wait_for_data():
        # Get a reference to the current event loop because
        # we want to access low-level APIs.
        loop = asyncio.get_running_loop()

        # Create a pair of connected sockets.
        rsock, wsock = socket.socketpair()

        # Register the open socket to wait for data.
        reader, writer = await asyncio.open_connection(sock=rsock)

        # Simulate the reception of data from the network
        loop.call_soon(wsock.send, 'abc'.encode())

        # Wait for data
        data = await reader.read(100)

        # Got data, we are done: close the socket
        print("Received:", data.decode())
        writer.close()
        await writer.wait_closed()

        # Close the second socket
        wsock.close()

    asyncio.run(wait_for_data())

也參考

在註冊一個開啟的 socket 以等待有使用協定的資料範例中，有使用了低階協定以及 `loop.create_connection()` 方法。

在監視檔案描述器以讀取事件範例中，有使用低階的 `loop.add_reader()` 方法來監視檔案描述器。