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socket编程初级

發布時間：2023/12/19 编程问答 40 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 socket编程初级小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

什么是socket

定義

socket通常也稱作套接字，用于描述IP地址和端口，是一個通信鏈的句柄，應用程序通常通過套接字向網絡發出請求或者應答網絡請求。

socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲學之一就是“一切皆文件”，對于文件用【打開】【讀寫】【關閉】模式來操作。socket就是該模式的一個實現，socket即是一種特殊的文件，一些socket函數就是對其進行的操作（讀/寫IO、打開、關閉）

socket和file的區別：
- file模塊是針對某個指定文件進行【打開】【讀寫】【關閉】
- socket模塊是針對服務器端和客戶端Socket 進行【打開】【讀寫】【關閉】
python相關

Python 提供了兩個基本的 socket 模塊。py2位大寫，py3全部小寫
第一個是 Socket，它提供了標準的 BSD Sockets API。
第二個是 SocketServer，它提供了服務器中心類，可以簡化網絡服務器的開發

socket編程實現

流程圖：

說明：
- 服務端
  1.服務端需要導入socket模塊，并創建套接字(實例化為一個對象)
  import?socket s?=?socket.socket()
  ?
  2.綁定套接字s到本地IP和端口
  ip_port?=?('127.0.0.1',8080) s.bind(ip_port)
  ?
  3.監聽連接
  s.listen(0)PS：0表示緩沖區可掛起的連接數量?0表示不限制，1表示?可掛起一個，那么意思就是連接一個、掛起一個，第三個再連接的話，就無法連接，會超時
  ?
  4.接收客戶端建立連接的請求
  conn,addr?=?s.accept() PS：conn為一個客戶端和服務器建立的連接，addr為客戶端ip
  ?
  5.接收客戶端的消息，并做相應處理
  recv_data?=?conn.recv(1024) send_data?=?recv_data.upper()??＃將客戶端發送的內容轉換為大寫，注意。python3里面客戶端發送的都是二進制數據，python2里可以發送字符串
  ?
  6.給客戶端回消息
  conn.send(send_data)
  ?
  7.關閉連接
  conn.close()
  ?
- 客戶端
  1.創建套接字
  import?sockets?=?socket.socket()
  ?
  2.連接服務端
  ip_port?=?('127.0.0.1',8080) s.connect(ip_port)
  ?
  3.給服務端發送消息
  send_data?=?input('請輸入:?') s.send(send_data.encode())??＃注意py3發送的數據需要轉換為二進制，不能直接發送字符串
  ?
  4.接收服務端消息，并打印
  recv_data?=?s.recv(1024)print(recv_data.decode())??＃服務端回應的是二進制，所以需要轉換為字符串
  ?
  5.關閉連接
  s.close()
  ?

以上就是一個簡單的客戶端和服務端socket連接，并發送消息，讀消息，回消息的過程，初學者可能一下子就懵了，請看下面的類比，

類比
通過上面的服務端和客戶端的一個簡單的交互，可以將其比作打電話，小明是服務端，小紅是客戶端
小紅：你好此時小紅是發消息，小明此時處于收消息的狀態
小明：你好小明收到小紅發的你好消息，做出回應，此時小明開始給小紅發消息，小紅處于收消息狀態
最后小紅收到了小明的消息，小明此時已經掛斷電話，最后此次通信已斷
注意此次通信只是一個簡單的交互過程，交互完成之后，則先完成方會主動關系連接。如果要持續通信，請繼續往下看
- 小明
- 小紅
- 小紅和小明交互

小紅在和小明打電話前得有個通信工具等等，所以需要找到一部手機，類同創建一個套接字

小紅需要知道小明的電話號碼，并撥打電話，此步驟就等于客戶端連接服務端

小明為了接收電話，他首先得買個手機，此步驟類同創建socket套接字

小明有了手機，需要辦一張電話卡，此步驟類同綁定套接字搭配監聽的ip和端口

小明有了手機和電話卡，則手機開機，處于待機狀態此步驟類同監聽客戶端連接

當小紅打電話進來之后，需要接電話，此類同于接收客戶端建立連接的請求

實現服務端保持連接，不受客戶端斷開而斷開，并實現客戶端和服務端持續交互過程

服務端

import?socketip_port?=?('127.0.0.1',8080)s?=?socket.socket() s.bind(ip_port)s.listen(0)while?True:????＃此次while循環用于客戶端斷開連接之后，重新循環建立新連接conn,addr?=?s.accept()????while?True:????＃此while循環用于客戶端和服務器持續交互recv_data?=?conn.recv(1024)???????if?not?recv_data:?break???＃判斷消息是否為空，當消息為空時，跳出循環，如果不判斷的話，客戶端那邊如果主動斷開連接，將會導致服務端處于一個不停的收消息的死循環中，因為連接已斷開，處于非阻塞狀態send_data?=?recv_data.upper()??＃將客戶消息轉換為大寫conn.send(send_data)conn.close()

客戶端：

import?sockets?=?socket.socket()ip_port?=?('127.0.0.1',8080)s.connect(ip_port)while?True:send_data?=?input('請輸入:?')????if?send_data?==?'exit':breakelif?send_data?==?'':continues.send(send_data.encode())recv_data?=?s.recv(1024)????print(recv_data.decode()) s.close()

運行服務端和客戶端，效果如下：

請輸入:?hello HELLO 請輸入:?Jeck JECK 請輸入:?123 123請輸入:? 請輸入:?exitProcess?finished?with?exit?code?0

socket模塊功能

socket 類型
socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM,0)
- 參數一：地址簇
  　　 socket.AF_INET IPv4（默認）
  　　 socket.AF_INET6 IPv6
  　　 socket.AF_UNIX 只能夠用于單一的Unix系統進程間通信
- 參數二：類型
  　　socket.SOCK_STREAM　　流式socket , for TCP （默認）
  　　socket.SOCK_DGRAM　　數據報式socket , for UDP
  　　socket.SOCK_RAW 原始套接字，普通的套接字無法處理ICMP、IGMP等網絡報文，而SOCK_RAW可以；其次，SOCK_RAW也可以處理特殊的IPv4報文；此外，利用原始套接字，可以通過IP_HDRINCL套接字選項由用戶構造IP頭。
  　　socket.SOCK_RDM 是一種可靠的UDP形式，即保證交付數據報但不保證順序。SOCK_RAM用來提供對原始協議的低級訪問，在需要執行某些特殊操作時使用，如發送ICMP報文。SOCK_RAM通常僅限于高級用戶或管理員運行的程序使用。
  　　socket.SOCK_SEQPACKET 可靠的連續數據包服務
- 參數三：協議

　　0　　（默認）與特定的地址家族相關的協議,如果是 0 ，則系統就會根據地址格式和套接類別,自動選擇一個合適的協議

socket方法
將套接字綁定到地址。address地址的格式取決于地址族。在AF_INET下，以元組（host,port）的形式表示地址。
是否阻塞（默認True），如果設置False，那么accept和recv時一旦無數據，則報錯。
接受連接并返回（conn,address）,其中conn是新的套接字對象，可以用來接收和發送數據。address是連接客戶端的地址。
接收TCP 客戶的連接（阻塞式）等待連接的到來
連接到address處的套接字。一般，address的格式為元組（hostname,port）,如果連接出錯，返回socket.error錯誤。
同上，只不過會有返回值，連接成功時返回 0 ，連接失敗時候返回編碼，例如：10061
關閉套接字
接受套接字的數據。數據以字符串形式返回，bufsize指定最多可以接收的數量。flag提供有關消息的其他信息，通常可以忽略
與recv()類似，但返回值是（data,address）。其中data是包含接收數據的字符串，address是發送數據的套接字地址。
將string中的數據發送到連接的套接字。返回值是要發送的字節數量，該數量可能小于string的字節大小。即：可能未將指定內容全部發送。
將string中的數據發送到連接的套接字，但在返回之前會嘗試發送所有數據。成功返回None，失敗則拋出異常。內部通過遞歸調用send，將所有內容發送出去。
將數據發送到套接字，address是形式為（ipaddr，port）的元組，指定遠程地址。返回值是發送的字節數。該函數主要用于UDP協議。
設置套接字操作的超時期，timeout是一個浮點數，單位是秒。值為None表示沒有超時期。一般，超時期應該在剛創建套接字時設置，因為它們可能用于連接的操作（如 client 連接最多等待5s ）
返回連接套接字的遠程地址。返回值通常是元組（ipaddr,port）。
返回套接字自己的地址。通常是一個元組(ipaddr,port)
- sk.fileno()
- sk.getsockname()
- sk.getpeername()
- sk.settimeout(timeout)
- sk.sendto(string[,flag],address)
- sk.sendall(string[,flag])
- sk.send(string[,flag])
- sk.recvfrom(bufsize[.flag])
- sk.recv(bufsize[,flag])
- sk.close()
- sk.connect_ex(address)
- sk.connect(address)
- sk.accept()
- sk.listen(backlog)
  　　開始監聽傳入連接。backlog指定在拒絕連接之前，可以掛起的最大連接數量。backlog等于5，表示內核已經接到了連接請求，但服務器還沒有調用accept進行處理的連接個數最大為5,這個值不能無限大，因為要在內核中維護連接隊列
- sk.setblocking(bool)
- sk.bind(address)

　　套接字的文件描述符

案例：模擬ssh
- 服務端：

import?socketimport??subprocessip_port?=?('127.0.0.1',8080)s?=?socket.socket() s.bind(ip_port)s.listen(0)while?True:conn,addr?=?s.accept()????while?True:????????try:recv_data?=?conn.recv(1024)????????????if?not?recv_data:?breakp?=?subprocess.Popen(str(recv_data,encoding='utf-8'),shell=True,stdout=subprocess.PIPE,stderr=subprocess.PIPE)????＃執行shell命令，并將標準輸出和錯誤輸出放到緩沖區res?=?p.stdout.read()????????????if?not?res:send_data?=?p.stderr.read()????????????else:send_data?=?resdata_size?=?len(send_data)conn.send(send_data)????????except?Exception:????????????breakconn.close()

*?客戶端

執行結果：

>>:??df?-h Filesystem??????Size??Used?Avail?Use%?Mounted?on/dev/disk1??????112G???51G???62G??45%?/>>:??netstat?-lnt Active?Internet?connections Proto?Recv-Q?Send-Q??Local?Address??????????Foreign?Address????????(state)???? tcp4???????0??????0??172.16.23.42.57334?????23.83.227.252.8023?????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??127.0.0.1.1080?????????127.0.0.1.57333????????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??127.0.0.1.57333????????127.0.0.1.1080?????????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??127.0.0.1.8080?????????127.0.0.1.57332????????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??127.0.0.1.57332????????127.0.0.1.8080?????????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??172.16.23.42.57328?????223.252.199.7.80???????CLOSE_WAIT? tcp4???????0??????0??172.16.23.42.57269?????163.177.72.143.993?????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??10.255.0.10.57047??????203.130.45.175.9000????ESTABLISHED tcp4??????27??????0??172.16.23.42.57045?????163.177.90.125.993?????CLOSE_WAIT? tcp4???????0??????0??172.16.23.42.56988?????114.215.186.163.443????ESTABLISHED tcp4??????27??????0??172.16.23.42.56632?????163.177.72.143.993?????CLOSE_WAIT? tcp4???????0??????0??10.255.0.10.56374??????10.2 >>:??route?-n0.7.12.22??????????ESTABLISHED tcp4??????27??????0??172.16.23.42.56229?????163.177.90.125.993?????CLOSE_WAIT? tcp4???????0??????0??10.255.0.10.54889??????203.130.45.175.9000????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??10.255.0.10.54605??????203.130.45.173.6929????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??10.255.0.10.53228??????10.20.7.12.22??????????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??10.255.0.10.53122??????203.130.45.175.9000????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??172.16.23.42.52902?????42.62.89.250.1194??????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??127.0.0.1.1337?????????127.0.0.1.52901????????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??127.0.0.1.52901????????127.0.0.1.1337?????????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??172.16.23.42.52899?????17.172.232.10.5223?????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??172.16.23.42.52855?????17.252.236.157.5223????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??172.16.23.42.52790?????223.252.199.6.6003?????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??172.16.23.42.50124?????223.167.82.210.80??????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??172.16.23.42.50026?????1

從結果中發現，執行df -h 返回正常結果，執行netstat -lnt返回了一半的結果，繼續執行命令，仍然返回的是netstat －lnt的結果，這就發生了粘包現象

粘包解決
所謂粘包現象就是服務端把數據發過來之后，客戶端接收時會按一定大小來接收，決定此操作的是s.recv(1024)，1024是每次接收的包大小，第一次沒有接收完的話，第二次會繼續接收原來的數據包，這就是粘包現象，解決辦法就是，服務端在發送數據時，現告訴客戶端本次數據的大小，然后再發送數據，客戶端收到數據大小之后，循環接收數據，知道接收完成再終止此次循環，這樣就可以拿到所有的數據，解決了粘包現象
- 服務端改造：

#!/usr/bin/env?python#?-*-?coding:?UTF-8?-*-#pyversion:python3.5#owner:fuzjimport?socketimport??subprocessip_port?=?('127.0.0.1',8080)s?=?socket.socket() s.bind(ip_port)s.listen(0)while?True:conn,addr?=?s.accept()????while?True:????????try:recv_data?=?conn.recv(1024)????????????if?not?recv_data:?breakp?=?subprocess.Popen(str(recv_data,encoding='utf-8'),shell=True,stdout=subprocess.PIPE,stderr=subprocess.PIPE)res?=?p.stdout.read()????????????if?not?res:send_data?=?p.stderr.read()????????????else:send_data?=?resdata_size?=?len(send_data)???＃計算數據大小conn.send(bytes(str(data_size),encoding='utf-8'))??＃發送數據大小res?=?conn.recv(1024)??＃接收客戶端狀態conn.send(send_data)???＃發送數據????????except?Exception:????????????breakconn.close()

*?客戶端改造：

import?socketip_port?=?('127.0.0.1',8080)s?=?socket.socket()s.connect(ip_port)while?True:send_data?=?input('>>:??')????if?send_data?==?'exit':exit()????elif?not?send_data:continues.send(bytes(send_data,encoding='utf-8'))recv_size?=?0data?=?b''data_size?=?str(s.recv(1024),encoding='utf-8')??＃接收數據大小s.send(bytes('ok',encoding='utf-8'))??＃發送此時的狀態????while?recv_size?<?int(data_size):????＃循環接收數據，直到接收完所有數據recv_data?=?s.recv(1024)data?+=?recv_datarecv_size?+=?len(recv_data)????print(str(data,encoding='utf-8'))s.close()

運行結果：發現已經解決上述問題

>>:??df?-h Filesystem??????Size??Used?Avail?Use%?Mounted?on/dev/disk1??????112G???51G???62G??45%?/>>:??netstat?-lnt Active?Internet?connections Proto?Recv-Q?Send-Q??Local?Address??????????Foreign?Address????????(state)???? tcp4???????0??????0??172.16.23.42.57476?????223.252.199.7.80???????CLOSE_WAIT? tcp4???????0??????0??127.0.0.1.8080?????????127.0.0.1.57475????????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??127.0.0.1.57475????????127.0.0.1.8080?????????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??172.16.23.42.57474?????223.252.199.7.80???????LAST_ACK??? tcp4???????0??????0??172.16.23.42.57465?????23.83.227.252.8023?????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??127.0.0.1.1080?????????127.0.0.1.57464????????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??127.0.0.1.57464????????127.0.0.1.1080?????????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??172.16.23.42.57461?????23.83.227.252.8023?????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??127.0.0.1.1080?????????127.0.0.1.57460????????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??127.0.0.1.57460????????127.0.0.1.1080?????????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??172.16.23.42.57455?????163.177.72.143.993?????CLOSE_WAIT? tcp4???????0??????0??10.255.0.10.57047??????203.130.45.175.9000????ESTABLISHED tcp4??????27??????0??172.16.23.42.57045?????163.177.90.125.993?????CLOSE_WAIT? tcp4???????0??????0??172.16.23.42.56988?????114.215.186.163.443????ESTABLISHED tcp4??????27??????0??172.16.23.42.56632?????163.177.72.143.993?????CLOSE_WAIT? tcp4???????0??????0??10.255.0.10.56374??????10.20.7.12.22??????????ESTABLISHED tcp4??????27??????0??172.16.23.42.56229?????163.177.90.125.993?????CLOSE_WAIT? tcp4???????0??????0??10.255.0.10.54889??????203.130.45.175.9000????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??10.255.0.10.54605??????203.130.45.173.6929????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??10.255.0.10.53228??????10.20.7.12.22??????????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??10.255.0.10.53122??????203.130.45.175.9000????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??172.16.23.42.52902?????42.62.89.250.1194??????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??127.0.0.1.1337?????????127.0.0.1.52901????????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??127.0.0.1.52901????????127.0.0.1.1337?????????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??172.16.23.42.52899?????17.172.232.10.5223?????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??172.16.23.42.52855?????17.252.236.157.5223????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??172.16.23.42.52790?????223.252.199.6.6003?????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??172.16.23.42.50124?????223.167.82.210.80??????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??172.16.23.42.50026?????123.151.10.187.14000???ESTABLISHED tcp4???????0??????0??172.16.23.42.49612?????163.177.90.125.993?????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??127.0.0.1.49871????????127.0.0.1.49375????????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??127.0.0.1.49375????????127.0.0.1.49871????????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??127.0.0.1.49871????????127.0.0.1.49370????????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??127.0.0.1.49370????????127.0.0.1.49871????????ESTABLISHED tcp4???????0??????0??192.168.123.164.49282??112.90.83.61.443???????ESTABLISHED

socketserver 實現支持多客戶端

上述ssh模擬客戶端只能支持一定數量的客戶端，受s.listen(0)參數限制。下面可以實現支持多客戶端操作

SocketServer內部使用 IO多路復用以及 “多線程” 和 “多進程” ，從而實現并發處理多個客戶端請求的Socket服務端。即：每個客戶端請求連接到服務器時，Socket服務端都會在服務器是創建一個“線程”或者“進程” 專門負責處理當前客戶端的所有請求

ThreadingTCPServer
ThreadingTCPServer實現的Soket服務器內部會為每個client創建一個 “線程”，該線程用來和客戶端進行交互
實現步驟：
- 1.創建一個類，并繼承SocketServer.BaseRequestHandler 的類
- 2.在新類中需要創建一個handle的方法
- 3.啟動ThreadingTCPServer

代碼如下：

import?socketserverimport?subprocessclass?MyServer(socketserver.BaseRequestHandler):??＃繼承????def?handle(self):???＃handle方法。注意此時send和recv時調用的self.request方法self.request.sendall(bytes('Welcome',encoding='utf-8'))????????while?True:????????????try:recv_data?=?self.request.recv(1024)????????????????if?not?recv_data:?breakp?=?subprocess.Popen(str(recv_data,?encoding='utf-8'),?shell=True,?stdout=subprocess.PIPE,stderr=subprocess.PIPE)res?=?p.stdout.read()????????????????if?not?res:send_data?=?p.stderr.read()????????????????else:send_data?=?res????????????????if?not?send_data:send_data?=?'no?output'.encode()data_size?=?len(send_data)self.request.send(bytes(str(data_size),?encoding='utf-8'))self.request.recv(1024)self.request.send(send_data)????????????except?Exception:????????????????breakif?__name__?==?'__main__':server?=?socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8080),MyServer)????＃啟動serverserver.serve_forever()

PS:SocketServer.BaseRequestHandler類源碼：其定義了三個方法:setup(),handle()he finish()
執行順序為：setup(0-->handle()-->finish()
```

class?BaseRequestHandler:def?__init__(self,?request,?client_address,?server):self.request?=?requestself.client_address?=?client_addressself.server?=?serverself.setup()????try:self.handle()????finally:self.finish()def?setup(self):????passdef?handle(self):????passdef?finish(self):????passSocketServer.BaseRequestHandler

```

ThreadingTCPServer源碼剖析

內部調用流程
- 啟動服務端程序
- 執行 TCPServer.__init__ 方法，創建服務端Socket對象并綁定 IP 和端口
- 執行 BaseServer.__init__ 方法，將自定義的繼承自SocketServer.BaseRequestHandler 的類 MyRequestHandle賦值給 self.RequestHandlerClass
- 執行 BaseServer.server_forever 方法，While 循環一直監聽是否有客戶端請求到達 ...
- 當客戶端連接到達服務器
- 執行 ThreadingMixIn.process_request 方法，創建一個 “線程” 用來處理請求
- 執行 ThreadingMixIn.process_request_thread 方法
- 執行 BaseServer.finish_request 方法，執行 self.RequestHandlerClass() 即：執行自定義 MyRequestHandler 的構造方法（自動調用基類BaseRequestHandler的構造方法，在該構造方法中又會調用 MyRequestHandler的handle方法）

轉載于:https://blog.51cto.com/studys/1827235

總結

以上是生活随笔為你收集整理的socket编程初级的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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Socket

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