socket编程

socket是基于C/S架构的，也就是说进行socket网络编程，通常需要编写两个py文件，一个服务端，一个客户端。

首先，导入Python中的socket模块： import socket

Python中的socket通信逻辑如下图所示（图片来自网络）：

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这张逻辑图，是整个socket编程中的重点的重点，你必须将它理解、吃透，然后刻在脑海里，真正成为自己记忆的一部分！很多人说怎么都学不会socket编程，归根到底的原因就是没有“死记硬背”知识点。

在Python中，import socket后，用socket.socket()方法来创建套接字，语法格式如下：

sk = socket.socket([family[, type[, proto]]])

参数说明：

  • family: 套接字家族，可以使AF_UNIX或者AF_INET。
  • type: 套接字类型，根据是面向连接的还是非连接分为SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM，也就是TCP和UDP的区别。
  • protocol: 一般不填默认为0。

直接socket.socket()，则全部使用默认值。

下面是具体的参数定义：

socket类型描述
socket.AF_UNIX只能够用于单一的Unix系统进程间通信
socket.AF_INETIPv4
socket.AF_INET6IPv6
socket.SOCK_STREAM流式socket , for TCP
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_SEQPACKET可靠的连续数据包服务
创建TCP Socket：s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
创建UDP Socket：s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

通过s = socket.socket()方法，我们可以获得一个socket对象s，也就是通常说的获取了一个“套接字”，该对象具有一下方法：

方法描述
服务器端方法
s.bind()绑定地址（host,port）到套接字，在AF_INET下,以元组（host,port）的形式表示地址。
s.listen(backlog)开始监听。backlog指定在拒绝连接之前，操作系统可以挂起的最大连接数量。该值至少为1，大部分应用程序设为5就可以了。
s.accept()被动接受客户端连接,(阻塞式)等待连接的到来，并返回（conn,address）二元元组,其中conn是一个通信对象，可以用来接收和发送数据。address是连接客户端的地址。
客户端方法
s.connect(address)客户端向服务端发起连接。一般address的格式为元组（hostname,port），如果连接出错，返回socket.error错误。
s.connect_ex()connect()函数的扩展版本,出错时返回出错码,而不是抛出异常
公共方法
s.recv(bufsize)接收数据，数据以bytes类型返回，bufsize指定要接收的最大数据量。
s.send()发送数据。返回值是要发送的字节数量。
s.sendall()完整发送数据。将数据发送到连接的套接字，但在返回之前会尝试发送所有数据。成功返回None，失败则抛出异常。
s.recvform()接收UDP数据，与recv()类似，但返回值是（data,address）。其中data是包含接收的数据，address是发送数据的套接字地址。
s.sendto(data,address)发送UDP数据，将数据data发送到套接字，address是形式为（ipaddr，port）的元组，指定远程地址。返回值是发送的字节数。
s.close()关闭套接字，必须执行。
s.getpeername()返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。
s.getsockname()返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)
s.setsockopt(level,optname,value)设置给定套接字选项的值。
s.getsockopt(level,optname[.buflen])返回套接字选项的值。
s.settimeout(timeout)设置套接字操作的超时期，timeout是一个浮点数，单位是秒。值为None表示没有超时期。一般，超时期应该在刚创建套接字时设置，因为它们可能用于连接的操作（如connect()）
s.gettimeout()返回当前超时期的值，单位是秒，如果没有设置超时期，则返回None。
s.fileno()返回套接字的文件描述符。
s.setblocking(flag)如果flag为0，则将套接字设为非阻塞模式，否则将套接字设为阻塞模式（默认值）。非阻塞模式下，如果调用recv()没有发现任何数据，或send()调用无法立即发送数据，那么将引起socket.error异常。
s.makefile()创建一个与该套接字相关连的文件

注意事项：

  1. Python3以后，socket传递的都是bytes类型的数据，字符串需要先转换一下，string.encode()即可；另一端接收到的bytes数据想转换成字符串，只要bytes.decode()一下就可以。
  2. 在正常通信时，accept()和recv()方法都是阻塞的。所谓的阻塞，指的是程序会暂停在那，一直等到有数据过来。

socket编程思路：

服务端：

  1. 创建套接字，绑定套接字到本地IP与端口：socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) , s.bind()
  2. 开始监听连接：s.listen()
  3. 进入循环，不断接受客户端的连接请求：s.accept()
  4. 接收传来的数据，或者发送数据给对方：s.recv() , s.sendall()
  5. 传输完毕后，关闭套接字：s.close()

客户端:

  1. 创建套接字，连接服务器地址：socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) , s.connect()
  2. 连接后发送数据和接收数据：s.sendall(), s.recv()
  3. 传输完毕后，关闭套接字：s.close()

Python的socket编程，通常可分为TCP和UDP编程两种，前者是带连接的可靠传输服务，每次通信都要握手，结束传输也要挥手，数据会被检验，是使用最广的通用模式；后者是不带连接的传输服务，简单粗暴，不加控制和检查的一股脑将数据发送出去的方式，但是传输速度快，通常用于安全和可靠等级不高的业务场景，比如文件下载。

TCP编程

服务器端：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-

import socket

ip_port = ('127.0.0.1', 9999)

sk = socket.socket()            # 创建套接字
sk.bind(ip_port)                # 绑定服务地址
sk.listen(5)                    # 监听连接请求
print('启动socket服务，等待客户端连接...')
conn, address = sk.accept()     # 等待连接，此处自动阻塞
while True:     # 一个死循环，直到客户端发送‘exit’的信号，才关闭连接
    client_data = conn.recv(1024).decode()      # 接收信息
    if client_data == "exit":       # 判断是否退出连接
        exit("通信结束")
    print("来自%s的客户端向你发来信息：%s" % (address, client_data))
    conn.sendall('服务器已经收到你的信息'.encode())    # 回馈信息给客户端
conn.close()    # 关闭连接

客户端：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-

import socket

ip_port = ('127.0.0.1', 9999)

s = socket.socket()     # 创建套接字

s.connect(ip_port)      # 连接服务器

while True:     # 通过一个死循环不断接收用户输入，并发送给服务器
    inp = input("请输入要发送的信息： ").strip()
    if not inp:     # 防止输入空信息，导致异常退出
        continue
    s.sendall(inp.encode())

    if inp == "exit":   # 如果输入的是‘exit’，表示断开连接
        print("结束通信！")
        break

    server_reply = s.recv(1024).decode()
    print(server_reply)

s.close()       # 关闭连接

上面这个例子，基本能够展示出socket通信的机制。套接字的创建和关闭，服务器的绑定和监听，客户端的连接，这些都是固定套路，没什么难点。关键之处在于循环内部的收发逻辑，这里才是重点，需要根据你自己的业务需求，正确编写。这个过程中，一定要注意，收发是一一对应的，有发就要有收，并且recv()方法默认是阻塞的。

大家可以在自己的环境中测试上面的例子，并加入更多的内容，不断地进行尝试。然而试过之后，你们会发现，虽然服务器和客户端在一对一的情况下，工作良好，但是，如果有多个客户端同时连接同一个服务器呢？结果可能不太令人满意，因为服务器无法同时对多个客户端提供服务。为什么会这样呢？因为Python的socket模块，默认情况下创建的是单进程单线程，同时只能处理一个连接请求，如果要实现多用户服务，那么需要使用多线程机制。

下面我们使用Python内置的threading模块，配合socket模块创建多线程服务器。客户端的代码不需要修改，可以继续使用。

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-

import socket
import threading        # 导入线程模块


def link_handler(link, client):     
    """
    该函数为线程需要执行的函数，负责具体的服务器和客户端之间的通信工作
    :param link: 当前线程处理的连接
    :param client: 客户端ip和端口信息，一个二元元组
    :return: None
    """
    print("服务器开始接收来自[%s:%s]的请求...." % (client[0], client[1]))
    while True:     # 利用一个死循环，保持和客户端的通信状态
        client_data = link.recv(1024).decode()
        if client_data == "exit":
            print("结束与[%s:%s]的通信..." % (client[0], client[1]))
            break
        print("来自[%s:%s]的客户端向你发来信息：%s" % (client[0], client[1], client_data))
        link.sendall('服务器已经收到你的信息'.encode())
    link.close()


ip_port = ('127.0.0.1', 9999)
sk = socket.socket()            # 创建套接字
sk.bind(ip_port)                # 绑定服务地址
sk.listen(5)                    # 监听连接请求

print('启动socket服务，等待客户端连接...')

while True:     # 一个死循环，不断的接受客户端发来的连接请求
    conn, address = sk.accept()  # 等待连接，此处自动阻塞
    # 每当有新的连接过来，自动创建一个新的线程，
    # 并将连接对象和访问者的ip信息作为参数传递给线程的执行函数
    t = threading.Thread(target=link_handler, args=(conn, address))
    t.start()

启动这个多线程服务器，然后多运行几个客户端，可以很明显地看到，服务器能够同时与多个客户端通信，基本达到我们的目的。

UDP编程：

相对TCP编程，UDP编程就简单多了，当然可靠性和安全性也差很多。由于UDP没有握手和挥手的过程，因此accept()和connect()方法都不需要。下面是一个简单的例子：

# 服务端
import socket
ip_port = ('127.0.0.1', 9999)
sk = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM, 0)
sk.bind(ip_port)

while True:
    data = sk.recv(1024).strip().decode()
    print(data)
    if data == "exit":
        print("客户端主动断开连接！")
        break

sk.close()

# 客户端
import socket
ip_port = ('127.0.0.1', 9999)

sk = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM, 0)
while True:
    inp = input('发送的消息：').strip()
    sk.sendto(inp.encode(), ip_port)
    if inp == 'exit':
        break

sk.close()

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