python进阶之socket详解

Socket的英文原义是“孔”或“插座”。作为BSD UNIX的进程通信机制，通常也称作"套接字"，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄，可以用来实现不同虚拟机或不同计算机之间的通信。

网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换，这个连接的一端称为一个socket。

建立网络通信连接至少要一对端口号(socket)。socket本质是编程接口(API)，对TCP/IP的封装，TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口，这就是Socket编程接口；HTTP是轿车，提供了封装或者显示数据的具体形式;Socket是发动机，提供了网络通信的能力。

下面来说一下python的socket。

1.socket模块

要使用socket.socket()函数来创建套接字。其语法如下：

socket.socket(socket_family,socket_type,protocol=0)

socket_family可以是如下参数：

　　socket.AF_INET IPv4（默认）

　　socket.AF_INET6 IPv6

　　socket.AF_UNIX 只能够用于单一的Unix系统进程间通信

socket_type可以是如下参数:

　　socket.SOCK_STREAM　　流式socket , for TCP （默认）

　　socket.SOCK_DGRAM　　 数据报式socket , for UDP

　　socket.SOCK_RAW 原始套接字，普通的套接字无法处理ICMP、IGMP等网络报文，而SOCK_RAW可以；其次，SOCK_RAW也可以处理特殊的IPv4报文；此外，利用原始套接字，可以通过IP_HDRINCL套接字选项由用户构造IP头。

　　socket.SOCK_RDM 是一种可靠的UDP形式，即保证交付数据报但不保证顺序。SOCK_RAM用来提供对原始协议的低级访问，在需要执行某些特殊操作时使用，如发送ICMP报文。SOCK_RAM通常仅限于高级用户或管理员运行的程序使用。

　　socket.SOCK_SEQPACKET 可靠的连续数据包服务

protocol参数：

　　0　　（默认）与特定的地址家族相关的协议,如果是 0 ，则系统就会根据地址格式和套接类别,自动选择一个合适的协议

2.套接字对象内建方法

服务器端套接字函数

s.bind()　　　绑定地址(ip地址,端口)到套接字,参数必须是元组的格式例如：s.bind(('127.0.0.1',8009))

s.listen(5)　　开始监听，5为最大挂起的连接数

s.accept()　　被动接受客户端连接，阻塞，等待连接

客户端套接字函数

s.connect()　　连接服务器端，参数必须是元组格式例如：s.connect(('127,0.0.1',8009))

公共用途的套接字函数

s.recv(1024)　　接收TCP数据，1024为一次数据接收的大小

s.send(bytes)　　发送TCP数据，python3发送数据的格式必须为bytes格式

s.sendall()　　完整发送数据，内部循环调用send

s.close()　　关闭套接字

实例1.简单实现socket程序

server端

#!/usr/bin/env python
# _*_ coding:utf-8 _*_
import socket
import time
IP_PORT = ('127.0.0.1',8009)
BUF_SIZE = 1024
  
tcp_server = socket.socket()
tcp_server.bind(IP_PORT)
tcp_server.listen(5)
  
while True:
    print("waiting for connection...")
    conn,addr = tcp_server.accept()
    print("...connected from:",addr)
    while True:
        data = tcp_server.recv(BUF_SIZE)
        if not data:break
        tcp_server.send('[%s] %s'%(time.ctime(),data))
  
tcp_server.close()

以上代码解释：

1~4行

第一行是Unix的启动信息行，随后导入time模块和socket模块

5~10行

IP_PORT为全局变量声明了IP地址和端口，表示bind()函数绑定在此地址上，把缓冲区的大小设定为1K，listen()函数表示最多允许多少个连接同时进来，后来的就会被拒绝掉

11~到最后一行

在进入服务器的循环后，被动等待连接的到来。当有连接时，进入对话循环，等待客户端发送数据。如果消息为空，表示客户端已经退出，就跳出循环等待下一个连接到来。得到客户端消息后，在消息前面加一个时间戳然后返回。最后一行不会执行，因为循环不会退出所以服务端也不会执行close()。只是提醒不要忘记调用close()函数。

client端

#!/usr/bin/env python

# _*_ coding:utf-8 _*_
import socket
  
HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8009
BUF_SIZE = 1024
ADDR = (HOST,PORT)
  
client = socket.socket()
client.connect(ADDR)
  
while True:
    data = input(">>> ")
    if not data:break
    client.send(bytes(data,encoding='utf-8'))
    recv_data = client.recv(BUF_SIZE)
    if not recv_data:break
    print(recv_data.decode())
      
client.close()

5~11行

HOST和PORT变量表示服务器的IP地址与端口号。由于演示是在同一台服务器所以IP地址都是127.0.0.1，如果运行在其他服务器上要做相应的修改。端口号要与服务器端完全相同否则无法通信。缓冲区大小还是1K。

客户端套接字在10行创建然后就去连接服务器端

13~21行

客户端也无限循环，客户端的循环在以下两个条件的任意一个发生后就退出：1.用户输入为空的情况或者服务器端响应的消息为空。否则客户端会把用户输入的字符串发送给服务器进行处理，然后接收显示服务器返回来的带有时间戳的字符串。

运行客户端程序与服务端程序

以下是客户端的输入与输出

[root@pythontab]# python client.py 
>>> hello python
[Thu Sep 15 22:29:12 2016] b'hello python'

以下是服务端输出

[root@pythontab]# python server.py 
waiting for connection...
...connected from: ('127.0.0.1', 55378)

3.socketserver模块

socketserver是标准库中的一个高级别的模块。用于简化实现网络客户端与服务器所需要的大量样板代码。模块中已经实现了一些可以使用的类。

实例1：使用socketserver实现与上面socket()实例一样的功能

服务端程序代码

#!/usr/bin/env python
# _*_ coding:utf-8 _*_
import socketserver
import time
  
HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8009
ADDR = (HOST,PORT)
BUF_SIZE = 1024
  
class Myserver(socketserver.BaseRequestHandler):
    def handle(self):
        while True:
            print("...connected from:",self.client_address)
            data = self.request.recv(BUF_SIZE)
            if not data:break
            self.request.send(bytes("%s %s"%(time.ctime(),data)))
  
server = socketserver.ThreadingTCPServer(ADDR,Myserver)
print("waiting for connection...")
server.serve_forever()

11~17行

主要的工作在这里。从socketserver的BaseRequestHandler类中派生出一个子类，并重写handle()函数。

在有客户端发进来的消息的时候，handle()函数就会被调用。

19~21行

代码的最后一部分用给定的IP地址和端口加上自定义处理请求的类(Myserver)。然后进入等待客户端请求与处理客户端请求的无限循环中。

客户端程序代码

import socket
HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8009
ADDR = (HOST,PORT)
BUF_SIZE = 1024
  
client = socket.socket()
client.connect(ADDR)
  
while True:
    data = input(">>> ")
    if not data:continue
    client.send(bytes(data,encoding='utf-8'))
    recv_data = client.recv(BUF_SIZE)
    if not recv_data:break
    print(recv_data.decode())
  
client.close()

执行服务端和客户端代码　　

下面是客户端输出

[root@pythontab]# python socketclient.py 
>>> hello python
Thu Sep 15 23:53:31 2016 b'hello python'
>>> hello pythontab
Thu Sep 15 23:53:49 2016 b'hello pythontab'

下面是服务端输出

[root@pythontab]# python socketserver.py 
waiting for connection...
...connected from: ('127.0.0.1', 55385)
...connected from: ('127.0.0.1', 55385)
...connected from: ('127.0.0.1', 55385)
...connected from: ('127.0.0.1', 55385)