Socket簡介

在網(wǎng)絡(luò)上的兩個程序通過一個雙向的通信連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，這個鏈接的一端稱為一個Socket（套接字），用于描述IP地址和端口。

建立網(wǎng)絡(luò)通信連接至少要一對端口號（Socket），Socket本質(zhì)是編程接口（API），對TCP/IP的封裝，提供了網(wǎng)絡(luò)通信能力。

每種服務(wù)都打開一個Socket，并綁定到端口上，不同的端口對應(yīng)不同的服務(wù)，就像http對應(yīng)80端口。

Socket是面向C/S（客戶端/服務(wù)器）模型設(shè)計(jì)，客戶端在本地隨機(jī)申請一個唯一的Socket號，服務(wù)器擁有公開的socket，任何客戶端都可以向它發(fā)送連接請求和信息請求。

比如：用手機(jī)打電話給10086客服，你的手機(jī)號就是客戶端，10086客服是服務(wù)端。必須在知道對方電話號碼前提下才能與對方通訊。

Socket數(shù)據(jù)處理流程如圖：

17.1 socket

在Python中提供此服務(wù)的模塊是socket和SocketServer，下面是socket常用的類、方法：

方法	描述
socket.socket([family[, type[, proto]]])	socket初始化函數(shù)，（地址族，socket類型，協(xié)議編號）協(xié)議編號默認(rèn)0
socket.AF_INET	IPV4協(xié)議通信
socket.AF_INET6	IPV6協(xié)議通信
socket.SOCK_STREAM	socket類型，TCP
socket.SOCK_DGRAM	socket類型，UDP
socket.SOCK_RAW	原始socket，可以處理普通socker無法處理的報(bào)文，比如ICMP
socket.SOCK_RDM	更可靠的UDP類型，保證對方收到數(shù)據(jù)
socket.SOCK_SEQPACKET	可靠的連續(xù)數(shù)據(jù)包服務(wù)

socket.socket()對象有以下方法：

accept()	接受連接并返回(socket object, address info)，address是客戶端地址
bind(address)	綁定socket到本地地址，address是一個雙元素元組（host，port）
listen(backlog)	開始接收連接，backlog是最大連接數(shù)，默認(rèn)1
connect(address)	連接socket到遠(yuǎn)程地址
connect_ex(address)	連接socket到遠(yuǎn)程地址，成功返回0，錯誤返回error值
getpeername()	返回遠(yuǎn)程端地址(hostaddr, port)
gettimeout()	返回當(dāng)前超時(shí)的值，單位秒，如果沒有設(shè)置返回none
recv(buffersize[, flags])	接收來自socket的數(shù)據(jù)，buffersize是接收數(shù)據(jù)量
send(data[, flags])	發(fā)送數(shù)據(jù)到socket，返回值是發(fā)送的字節(jié)數(shù)
sendall(data[, flags])	發(fā)送所有數(shù)據(jù)到socket，成功返回none，失敗拋出異常
setblocking(flag)	設(shè)置socket為阻塞（flag是true）或非阻塞（flag是flase）

溫習(xí)下TCP與UDP區(qū)別：

TCP和UDP是OSI七層模型中傳輸層提供的協(xié)議，提供可靠端到端的傳輸服務(wù)。

TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議），面向連接協(xié)議，雙方先建立可靠的連接，再發(fā)送數(shù)據(jù)。適用于可靠性要求高的應(yīng)用場景。

UDP（User Data Protocol，用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議），面向非連接協(xié)議，不與對方建立連接，直接將數(shù)據(jù)包發(fā)送給對方，因此相對TCP傳輸速度快?。適用于可靠性要求低的應(yīng)用場景。

17.1.1 TCP編程

下面創(chuàng)建一個服務(wù)端TCP協(xié)議的Socket演示下。

先寫一個服務(wù)端：

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#!/usr/bin/python #?-*-?coding:?utf-8?-*- import?socket HOST?=?''?????????????????#?為空代表所有可用的網(wǎng)卡 PORT?=?50007??????????????#?任意非特權(quán)端口 s?=?socket.socket(socket.AF_INET,?socket.SOCK_STREAM) s.bind((HOST,?PORT)) s.listen(1)???#?最大連接數(shù) conn,?addr?=?s.accept()???#?返回客戶端地址 print?'Connected?by',?addr while?1: ????data?=?conn.recv(1024)???#?每次最大接收客戶端發(fā)來數(shù)據(jù)1024字節(jié) ????if?not?data:?break???????#?當(dāng)沒有數(shù)據(jù)就退出死循環(huán)? ????print?"Received:?",?data?#?打印接收的數(shù)據(jù) ????conn.sendall(data)???????#?把接收的數(shù)據(jù)再發(fā)給客戶端 conn.close()

再寫一個客戶端：

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#!/usr/bin/python #?-*-?coding:?utf-8?-*- import?socket HOST?=?'192.168.1.120'????#?遠(yuǎn)程主機(jī)IP PORT?=?50007??????????????#?遠(yuǎn)程主機(jī)端口 s?=?socket.socket(socket.AF_INET,?socket.SOCK_STREAM) s.connect((HOST,?PORT)) s.sendall('Hello,?world')?#?發(fā)送數(shù)據(jù) data?=?s.recv(1024)???????#?接收服務(wù)端發(fā)來的數(shù)據(jù) s.close() print?'Received:?',?data

寫好后，打開一個終端窗口執(zhí)行：

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#?python?socket-server.py 監(jiān)聽中... #?直到客戶端運(yùn)行會接收到下面數(shù)據(jù)并退出 Connected?by?('192.168.1.120',?37548) Received:??Hello,?world

再打開一個終端窗口執(zhí)行：

# 如果端口監(jiān)聽說明服務(wù)端運(yùn)行正常

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#?netstat?-antp?|grep?50007 tcp????????0??????0?0.0.0.0:50007???????????0.0.0.0:*???????????????LISTEN??????72878/python #?python?socket-client.py Received：?Hello,?world

通過實(shí)驗(yàn)了解搭到Socket服務(wù)端工作有以下幾個步驟：

1）打開socket

2）綁定到一個地址和端口

3）監(jiān)聽進(jìn)來的連接

4）接受連接

5）處理數(shù)據(jù)

17.1.2 UDP編程

服務(wù)端：

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import?socket HOST?=?''??????????????? PORT?=?50007????????????? s?=?socket.socket(socket.AF_INET,?socket.SOCK_DGRAM) s.bind((HOST,?PORT)) while?1: ????data,?addr?=?s.recvfrom(1024) ????print?'Connected?by',?addr ????print?"Received:?",?data ????s.sendto("Hello?%s"%?repr(addr),?addr) conn.close()

客戶端：

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import?socket HOST?=?'192.168.1.99'????????????????? PORT?=?50007????????????? s?=?socket.socket(socket.AF_INET,?socket.SOCK_DGRAM) s.sendto(data,?(HOST,?PORT)) data?=?s.recv(1024) s.close() print?'Received:?',?data

運(yùn)行方式與TCP編程一樣。

使用UDP協(xié)議時(shí)，服務(wù)端就少了listen()和accept()，不需要建立連接就直接接收客戶端的數(shù)據(jù)，也是把數(shù)據(jù)直接發(fā)送給客戶端。

客戶端少了connect()，同樣直接通過sendto()給服務(wù)器發(fā)數(shù)據(jù)。

而TCP協(xié)議則前提先建立三次握手。

17.1.3 舉一個更直觀的socket通信例子

客戶端發(fā)送bash命令，服務(wù)端接收到并執(zhí)行，把返回結(jié)果回應(yīng)給客戶端。

服務(wù)端：

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#!/usr/bin/python #?-*-?coding:?utf-8?-*- import?sys import?subprocess import?socket HOST?=?''??????????????? PORT?=?50007????????????? try: ????s?=?socket.socket(socket.AF_INET,?socket.SOCK_STREAM) ????s.bind((HOST,?PORT)) ????s.listen(1) except?socket.error?as?e: ????s.close() ????print?e ????sys.exit(1) while?1: ????conn,?addr?=?s.accept() ????print?'Connected?by',?addr ????while?1: ????????#?每次讀取1024字節(jié) ????????data?=?conn.recv(1024) ????????if?not?data:?#?客戶端關(guān)閉服務(wù)端會收到一個空數(shù)據(jù) ????????????print?repr(addr)?+?"?close." ????????????conn.close() ????????????break????? ????????print?"Received:?",?data ????????cmd?=?subprocess.Popen(data,?stdout=subprocess.PIPE,?stderr=subprocess.PIPE,?shell=True) ????????result_tuple?=?cmd.communicate() ????????if?cmd.returncode?!=?0?or?cmd.returncode?==?None: ????????????result?=?result_tuple[1] ????????????#?result?=?cmd.stderr.read() ????????else: ????????????result?=?result_tuple[0] ????????????#?result?=?cmd.stdout.read()??#?讀不到標(biāo)準(zhǔn)輸出，不知道為啥，所以不用 ????????if?result: ????????????conn.sendall(result) ????????else: ????????????conn.sendall("return?null") s.close()

客戶端：

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#!/usr/bin/python #?-*-?coding:?utf-8?-*- import?sys import?socket HOST?=?'192.168.1.120'??? PORT?=?50007????????????? try: ????s?=?socket.socket(socket.AF_INET,?socket.SOCK_STREAM) ????s.connect((HOST,?PORT)) except?socket.error?as?e: ????s.close() ????print?e ????sys.exit(1) while?1: ????cmd?=?raw_input("Please?input?command:?") ????if?not?cmd:?continue ????s.sendall(cmd) ????recv_data?=?s.recv(1024) ????print?'Received:?',?recv_data s.close()

查看運(yùn)行效果，先運(yùn)行服務(wù)端，再運(yùn)行客戶端：

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#?python?socket-server.py Connected?by?('192.168.1.120',?45620) Received:??ls Received:??touch?a.txt Received:??ls #?python?socket-client.py Please?input?command:?ls Received:? socket-client.py socket-server.py Please?input?command:?touch?a.txt Received:??return?null Please?input?command:?ls Received:? a.txt socket-client.py socket-server.py Please?input?command:

我想通過上面這個例子你已經(jīng)大致掌握了socket的通信過程。

再舉一個例子，通過socket獲取本機(jī)網(wǎng)卡IP：

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>>>?socket.gethostname() 'ubuntu' >>>?socket.gethostbyname(socket.gethostname()) '127.0.1.1' >>>?s?=?socket.socket(socket.AF_INET,?socket.SOCK_DGRAM) >>>?s.connect(('10.255.255.255',?0)) >>>?s.getsockname() ('192.168.1.120',?35765) >>>?s.getsockname()[0] '192.168.1.120'

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17.2 SocketServer

ScoketServer是Socket服務(wù)端庫，比socket庫更高級，實(shí)現(xiàn)了多線程和多線程，并發(fā)處理多個客戶端請求。

下面是幾個常用的類：

SocketServer.TCPServer(server_address,? RequestHandlerClass,?bind_and_activate=True)	服務(wù)器類，TCP協(xié)議
SocketServer.UDPServer(server_address,? RequestHandlerClass,?bind_and_activate=True)	服務(wù)器類，UDP協(xié)議
SocketServer.BaseServer(server_address,? RequestHandlerClass)	這個是所有服務(wù)器對象的超類。它定義了接口，不提供大多數(shù)方法，在子類中進(jìn)行。
SocketServer.BaseRequestHandler	這個是所有請求處理對象的超類。它定義了接口，一個具體的請求處理程序子類必須定義一個新的handle()方法。
SocketServer.StreamRequestHandler	流式socket，根據(jù)socket生成讀寫socket用的兩個文件對象，調(diào)用rfile和wfile讀寫
SocketServer.DatagramRequestHandler	數(shù)據(jù)報(bào)socket，同樣生成rfile和wfile，但UDP不直接關(guān)聯(lián)socket。這里rfile是由UDP中讀取的數(shù)據(jù)生成，wfile則是新建一個StringIO，用于寫數(shù)據(jù)
SocketServer.ForkingMixIn/ThreadingMixIn	多進(jìn)程（分叉）/多線程實(shí)現(xiàn)異步。混合類，這個類不會直接實(shí)例化。用于實(shí)現(xiàn)處理多連接

SocketServer.BaseServer()對象有以下方法：

fileno()	返回一個整數(shù)文件描述符上服務(wù)器監(jiān)聽的套接字
handle_request()	處理一個請求
serve_forever(poll_interval=0.5)	處理，直至有明確要求shutdown()的請求。輪訓(xùn)關(guān)機(jī)每poll_interval秒
shutdown()	告訴serve_forever()循環(huán)停止并等待
server_close()	清理服務(wù)器
address_family	地址族
server_address	監(jiān)聽的地址
RequestHandlerClass	用戶提供的請求處理類
socket	socket對象上的服務(wù)器將監(jiān)聽傳入的請求
allow_reuse_address	服務(wù)器是否允許地址的重用。默認(rèn)False
request_queue_size	請求隊(duì)列的大小。
socket_type	socket類型。socket.SOCK_STREAM或socket.SOCK_DGRAM
timeout	超時(shí)時(shí)間，以秒為單位
finish_request()	實(shí)際處理通過實(shí)例請求RequestHandleClass并調(diào)用其handle()方法
get_request()	必須接受從socket的請求，并返回
handle_error(request, client_address)	如果這個函數(shù)被條用handle()
process_request(request, client_address)	?
server_activate()	?
server_bind()	由服務(wù)器構(gòu)造函數(shù)調(diào)用的套接字綁定到所需的地址
verify_request(request, client_address)	返回一個布爾值，如果該值是True，則該請求將被處理，如果是False，該請求將被拒絕。

創(chuàng)建一個服務(wù)器需要幾個步驟：

1）創(chuàng)建類，繼承請求處理類（BaseRequestHandler），并重載其handle()方法，此方法將處理傳入的請求

2）實(shí)例化服務(wù)器類之一，它傳遞服務(wù)器的地址和請求處理程序類

3）調(diào)用handle_request()或serve_forever()服務(wù)器對象的方法來處理一個或多個請求

4）調(diào)用server_close()關(guān)閉套接字

17.2.1 TCP編程

服務(wù)端：

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#!/usr/bin/python #?-*-?coding:?utf-8?-* import?SocketServer class?MyTCPHandler(SocketServer.BaseRequestHandler): ????""" ????請求處理程序類。 ????每個連接到服務(wù)器都要實(shí)例化一次，而且必須覆蓋handle()方法來實(shí)現(xiàn)與客戶端通信 ????""" ????def?handle(self): ????????#?self.request?接收客戶端數(shù)據(jù) ????????self.data?=?self.request.recv(1024).strip() ????????print?"%s?wrote:"?%?(self.client_address[0]) ????????print?self.data ????????#?把接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為大寫發(fā)給客戶端 ????????self.request.sendall(self.data.upper()) if?__name__?==?"__main__": ????HOST,?PORT?=?"localhost",?9999 ????#?創(chuàng)建服務(wù)器并綁定本地地址和端口 ????server?=?SocketServer.TCPServer((HOST,?PORT),?MyTCPHandler) ????#?激活服務(wù)器，會一直運(yùn)行，直到Ctrl-C中斷 ????server.serve_forever()

另一個請求處理程序類，利用流（類文件對象簡化通信提供標(biāo)準(zhǔn)文件接口）：

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class?MyTCPHandler(SocketServer.StreamRequestHandler): ????def?handle(self): ????????#?self.rfile創(chuàng)建的是一個類文件對象處理程序，就可以調(diào)用readline()而不是recv() ????????self.data?=?self.rfile.readline().strip() ????????print?"%s?wrote:"?%?(self.client_address[0]) ????????print?self.data ????????#?同樣，self.wfile是一個類文件對象，用于回復(fù)客戶端 ????????self.wfile.write(self.data.upper())

客戶端：

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import?socket import?sys HOST,?PORT?=?"localhost",?9999 data?=?"?".join(sys.argv[1:]) sock?=?socket.socket(socket.AF_INET,?socket.SOCK_STREAM) try: ????sock.connect((HOST,?PORT)) ????sock.sendall(data?+?"\n") ????received?=?sock.recv(1024) finally: ????sock.close() print?"Sent:?%s"?%?data print?"Received:?%s"?%?received

服務(wù)端結(jié)果：

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#?python?TCPServer.py 127.0.0.1?wrote: hello 127.0.0.1?wrote: nice

客戶端結(jié)果：

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#?python?TCPClient.py?hello Sent:?hello Received:?HELLO #?python?TCPClient.py?nice Sent:?nice Received:?NICE

17.2.2 UDP編程

服務(wù)端：

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import?SocketServer class?MyTCPHandler(SocketServer.BaseRequestHandler): ????def?handle(self): ????????self.data?=?self.request[0].strip() ????????self.socket?=?self.request[1] ????????print?"%s?wrote:"?%?(self.client_address[0]) ????????print?self.data ????????self.socket.sendto(self.data.upper(),?self.client_address) if?__name__?==?"__main__": ????HOST,?PORT?=?"localhost",?9999 ????server?=?SocketServer.UDPServer((HOST,?PORT),?MyTCPHandler) ????server.serve_forever()

客戶端：

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import?socket import?sys HOST,?PORT?=?"localhost",?9999 data?=?"?".join(sys.argv[1:]) sock?=?socket.socket(socket.AF_INET,?socket.SOCK_DGRAM) sock.sendto(data?+?"\n",?(HOST,?PORT)) received?=?sock.recv(1024) print?"Sent:?%s"?%?data print?"Received:?%s"?%?received

與TCP執(zhí)行結(jié)果一樣。

17.2.3 異步混合

創(chuàng)建異步處理，使用ThreadingMixIn和ForkingMixIn類。

ThreadingMixIn類的一個例子：

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#!/usr/bin/python #?-*-?coding:?utf-8?-* import?socket import?threading import?SocketServer class?ThreadedTCPRequestHandler(SocketServer.BaseRequestHandler): ????def?handle(self): ????????data?=?self.request.recv(1024) ????????cur_thread?=?threading.current_thread() ????????response?=?"%s:?%s"?%?(cur_thread.name,?data) ????????self.request.sendall(response) class?ThreadedTCPServer(SocketServer.ThreadingMixIn,?SocketServer.TCPServer): ????pass def?client(ip,?port,?message): ????sock?=?socket.socket(socket.AF_INET,?socket.SOCK_STREAM) ????sock.connect((ip,?port)) ????try: ????????sock.sendall(message) ????????response?=?sock.recv(1024) ????????print?"Received:?%s"?%?response ????finally: ????????sock.close() if?__name__?==?"__main__": ????#?端口0意味著隨機(jī)使用一個未使用的端口 ????HOST,?PORT?=?"localhost",?0 ????server?=?ThreadedTCPServer((HOST,?PORT),?ThreadedTCPRequestHandler) ????ip,?port?=?server.server_address ????#?服務(wù)器啟動一個線程，該線程將開始。每個線程處理每個請求 ????server_thread?=?threading.Thread(target=server.serve_forever) ????#?作為守護(hù)線程 ????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() ??????server.server_close()

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#?python?socket-server.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

本文轉(zhuǎn)自 李振良OK 51CTO博客，原文鏈接：http://blog.51cto.com/lizhenliang/1879549，如需轉(zhuǎn)載請自行聯(lián)系原作者

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的第十七章 Python网络编程的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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