import logging
import socket
import threading
from typing import Optional
from pm2cd.core.errors import CommunicationError
# TCP通信層。PM2CD 固有のコマンド解釈は行わず、送受信だけを担当する。
# 通信異常時は接続状態と受信バッファを破棄し、次回通信へ異常応答を持ち越さない。
[docs]
class Communication:
"""PMシリーズ用のTCP通信層。
TCPソケットの生成、接続、CR+LF単位の送受信、切断までをこのクラス内で
完結させる。
通常運転中に発生し得る通信失敗はログへ原因を記録し、``False`` または
``None`` を返す。コンストラクタ引数の不正など、戻り値では表現できない
呼び出し側の誤りは例外とする。
"""
def __init__(
self,
ip_address: str,
port: int = 7777,
timeout_sec: float = 3.0,
encoding: str = "ascii",
logger=None,
log_level: str = "INFO",
):
"""インスタンスを初期化する。
Args:
ip_address: PM2CD の IP アドレス。
port: PM2CD の TCP ポート番号。
timeout_sec: TCP 通信および待機処理のタイムアウト秒数。
encoding: encoding。
logger: 使用する logger。None の場合はこのモジュールで生成する。
log_level: logger を生成する場合のログレベル。
Raises:
TypeError: 引数の型が不正な場合。
ValueError: 引数の値が不正な場合。
"""
if not logger:
logging.basicConfig(level=(log_level or "INFO").upper())
logger = logging.getLogger(__name__)
self._logger = logger
if not isinstance(ip_address, str):
raise TypeError("ip_addressはstrで指定してください")
if not ip_address:
raise ValueError("ip_addressは空にできません")
if not isinstance(port, int) or isinstance(port, bool):
raise TypeError("portはintで指定してください")
if port < 1 or port > 65535:
raise ValueError("portは1から65535の範囲で指定してください")
if not isinstance(timeout_sec, (int, float)) or isinstance(timeout_sec, bool):
raise TypeError("timeout_secは数値で指定してください")
if timeout_sec <= 0:
raise ValueError("timeout_secは0より大きい値を指定してください")
if not isinstance(encoding, str):
raise TypeError("encodingはstrで指定してください")
self._ip_address = ip_address
self._port = port
self._timeout_sec = timeout_sec
self._encoding = encoding
self._socket = None # type: Optional[socket.socket]
self._receive_buffer = bytearray()
self._delimiter = b"\r\n"
self._lock = threading.RLock()
@property
def ip_address(
self,
):
"""ip_address を返す。"""
return self._ip_address
@property
def port(
self,
):
"""port を返す。"""
return self._port
@property
def timeout_sec(
self,
):
"""timeout_sec を返す。"""
return self._timeout_sec
@property
def encoding(
self,
):
"""encoding を返す。"""
return self._encoding
[docs]
def is_connected(
self,
) -> bool:
"""TCP 接続状態を取得する。
Returns:
接続中の場合は True、それ以外は False。
"""
if self._socket is None:
return False
return True
[docs]
def connect(
self,
) -> bool:
"""TCP接続する。
Returns:
接続済み、または接続に成功した場合は ``True``。
接続に失敗した場合は ``False``。
"""
self._logger.info(f"== connect()")
# 接続状態の変更を送受信と同じロックで直列化する。
with self._lock:
if self._socket is not None:
return True
sock = None # type: Optional[socket.socket]
try:
sock = socket.create_connection(
(self._ip_address, self._port), timeout=self._timeout_sec
)
sock.settimeout(self._timeout_sec)
except OSError as exc:
if sock is not None:
try:
sock.close()
except OSError as close_exc:
self._logger.error(
f"接続失敗後のTCPソケット破棄にも失敗しました: {close_exc}"
)
message = (
f"TCP接続に失敗しました: {self._ip_address}:{self._port}: {exc}"
)
self._logger.error(message)
return False
# 新しい TCP セッションへ以前の受信断片を持ち越さない。
self._socket = sock
self._receive_buffer.clear()
self._logger.info(f"TCP接続しました: {self._ip_address}:{self._port}")
return True
[docs]
def disconnect(
self,
) -> bool:
"""TCP接続を切断する。"""
self._logger.info(f"== disconnect()")
with self._lock:
# 切断処理中に別経路から古いソケットを使用しないよう、先に内部状態を切り離す。
sock = self._socket
self._socket = None
self._receive_buffer.clear()
if sock is None:
return True
try:
sock.shutdown(socket.SHUT_RDWR)
except OSError:
pass
try:
sock.close()
except OSError as exc:
self._logger.error(f"TCP切断に失敗しました: {exc}")
return False
self._logger.info(f"TCP切断しました")
return True
[docs]
def send(
self,
command: str,
) -> bool:
"""CR+LFを付加してコマンドを送信する。"""
self._logger.info(f"== send(): {command!r}")
if not isinstance(command, str):
raise TypeError("commandはstrで指定してください")
if "\r" in command or "\n" in command:
raise ValueError("commandに改行文字を含めることはできません")
with self._lock:
return self._send(command)
[docs]
def receive(
self,
) -> Optional[str]:
"""CR+LF単位で装置応答を1件受信する。"""
self._logger.info(f"== receive()")
with self._lock:
return self._receive()
[docs]
def query(
self,
command: str,
) -> Optional[str]:
"""コマンドを送信し、その応答を1件受信する。"""
self._logger.debug(f"== query(): {command!r}")
if not isinstance(command, str):
raise TypeError("commandはstrで指定してください")
if "\r" in command or "\n" in command:
raise ValueError("commandに改行文字を含めることはできません")
with self._lock:
# query は同一ロック内で send -> receive を完結させ、別コマンドの応答が
# 間へ入り込まないようにする。
if not self._send(command):
return None
return self._receive()
[docs]
def close(
self,
) -> bool:
"""通信を終了する。"""
return self.disconnect()
def __enter__(
self,
) -> "Communication":
"""context manager 開始時に接続を確立する。
Returns:
'Communication' 型の結果。
Raises:
CommunicationError: PM2CD への接続を確立できない場合。
"""
if not self.connect():
raise CommunicationError(
f"TCP接続を開始できません: {self._ip_address}:{self._port}"
)
return self
def __exit__(
self,
exc_type,
exc_value,
traceback,
) -> None:
"""context manager 終了時に接続を切断する。
Args:
exc_type: with ブロック内で発生した例外の型。
exc_value: with ブロック内で発生した例外。
traceback: with ブロック内で発生した例外の traceback。
Returns:
None。
"""
self.disconnect()
def _send(
self,
command: str,
) -> bool:
"""ロック取得済みの状態でコマンドを送信する。"""
sock = self._require_socket("送信")
if sock is None:
return False
try:
data = command.encode(self._encoding) + self._delimiter
except (UnicodeEncodeError, LookupError) as exc:
self._logger.error(
f"コマンドのエンコードに失敗しました: {command!r}: {exc}"
)
return False
try:
sock.sendall(data)
except (OSError, socket.timeout) as exc:
self._logger.error(f"コマンド送信に失敗しました: {command!r}: {exc}")
self._close_after_error()
return False
return True
def _receive(
self,
) -> Optional[str]:
"""ロック取得済みの状態で応答を1件受信する。"""
while True:
# 受信済みバッファからCR+LF終端の1応答だけを切り出す。
delimiter_index = self._receive_buffer.find(self._delimiter)
if delimiter_index >= 0:
raw = bytes(self._receive_buffer[:delimiter_index])
del self._receive_buffer[: delimiter_index + len(self._delimiter)]
try:
response = raw.decode(self._encoding)
except (UnicodeDecodeError, LookupError) as exc:
self._logger.error(f"装置応答のデコードに失敗しました: {exc}")
self._close_after_error()
return None
return response
sock = self._require_socket("受信")
if sock is None:
return None
try:
chunk = sock.recv(4096)
except socket.timeout as exc:
self._logger.error(f"装置応答の受信がタイムアウトしました: {exc}")
# タイムアウト後に遅延応答が到着すると、次のqueryが古い応答を
# 誤って受信する可能性があるため、接続を破棄して同期を取り直す。
self._close_after_error()
return None
except OSError as exc:
self._logger.error(f"装置応答の受信に失敗しました: {exc}")
self._close_after_error()
return None
if not chunk:
self._logger.error(f"装置側からTCP接続が切断されました")
self._close_after_error()
return None
self._receive_buffer.extend(chunk)
def _require_socket(
self,
operation: str,
) -> Optional[socket.socket]:
"""接続済みソケットを返す。"""
if self._socket is None:
self._logger.error(f"TCP接続されていないため{operation}できません")
return None
return self._socket
def _close_after_error(
self,
) -> None:
"""通信異常後にソケットと受信バッファを破棄する。"""
# エラー発生後はソケット参照を先に無効化し、再利用を防止する。
sock = self._socket
self._socket = None
self._receive_buffer.clear()
if sock is None:
return
try:
sock.close()
except OSError as exc:
self._logger.error(f"通信異常後のTCPソケット破棄に失敗しました: {exc}")
[docs]
def main() -> None:
"""Communication の基本的な送受信例を実行する。
実機の IP アドレスに変更してから、パッケージのモジュールとして実行する。
``VER?`` を送信し、CR+LF で区切られた装置応答を 1 件受信する。
Returns:
None。
"""
ip_address = "10.170.10.62"
port = 7777
communication = Communication(ip_address=ip_address, port=port)
if not communication.connect():
print("PM2CD へ接続できませんでした")
return
try:
response = communication.query("VER?")
if response is None:
print("VER? の取得に失敗しました")
else:
print(f"VER?: {response}")
finally:
communication.disconnect()
if __name__ == "__main__":
main()