Python中基础的socket编程实战攻略


Posted in Python onJune 01, 2016

在网络通信中socket几乎无处不在,它可以看成是应用层与TCP/IP协议簇通信的中间软件抽象层,是两个应用程序彼此进行通信的接口,并且把复杂的TCP/IP协议细节隐藏在接口之后。Python提供了socket模块,可以非常方便的进行socket编程。

创建一个server socket
使用socket方法创建一个新的socket,通常提供两个参数,第一个参数是address family, 第二个是socket type。

#create an INET, STREAMing socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

以上创建了一个address family为IP协议,并且传输协议为TCP的socket。

服务器端在创建一个socket之后,需要绑定到一个IP地址与端口,提供服务,这就要用到bind方法。

# bind the socket to all available interfaces on port 8888
s.bind(('', 8888))

使用listen方法,将socket设置为监听状态。listen方法后面跟一个参数,表示最多可以在队列里面接收的请求数目。

#become a server socket
serversocket.listen(5)

现在,我们已经创建了一个server socket,然后编写一个无限循环体,接收来自客户端的连接,利用accept方法,它返回一个新的socket,表示与远端的连接,同时返回一个地址对,表示远端连接的IP地址与端口号。

# enter the main loop of the web server
while 1:
  #accept connections from outside, return a pair (conn, addr)
  (clientsocket, address) = serversocket.accept()
  #now do something with the clientsocket
  #in this case, we'll pretend this is a threaded server
  ct = client_thread(clientsocket)
  ct.run()

通常,循环体中的server socket不会发送和接收任何数据,而仅仅是接收来自远端的连接,将新的连接交给其他的线程去处理,然后就继续侦听更多其他的连接,否则的话在处理一个连接的时候,就无法接受其他新的连接了。

接下来,我们新建一个线程对连接进行处理。首先,使用recv方法接受来自socket的数据,后面带着一个参数表示一次最多可以接受数据的大小。然后使用sendall方法回复socket,sendall不断发送数据直到所有数据发送完毕或者发生了异常。最后,需要记得把socket关闭,因为每个socket就代表了系统中的一个文件描述符,如果没有及时关闭,可能会超过系统最大文件描述符的数量,导致无法创建新的socket。

def handle_request(sock, addr):
  print "Accept new connection from {addr}".format(addr = addr)
  request_data = client_connection.recv(1024)
  print request_data.decode()
  http_response = "Hello, world!"
  # send response data to the socket
  sock.sendall(http_response)
  sock.close()

总结server socket主要由以下几个步骤:

  • 创建一个新的server socket;
  • 将socket绑定到一个地址和端口;
  • 侦听远程进来的连接;
  • 接受连接, 分发给其他线程处理。

以下是完整的server socket示例代码:

import socket
import threading

SERVER_ADDRESS = (HOST, PORT) = '', 8888
REQUEST_QUEUE_SIZE = 1024

def handle_request(sock, addr):
  print "Accept new connection from {addr}".format(addr = addr)
  request_data = client_connection.recv(1024)
  print request_data.decode()
  http_response = "Hello, world!"
  # send response data to the socket
  sock.sendall(http_response)
  sock.close()

def serve_forever():
  server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
  # reuse socket immediately
  server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
  server_socket.bind(SERVER_ADDRESS)
  server_socket.listen(REQUEST_QUEUE_SIZE)
  print 'Serving HTTP on port {port} ...'.format(port = PORT)

  while True:
    try:
      client_connection, client_address = server_socket.accept()
    except IOError as e:
      code, msg = e.args
      # restart 'accept' if it was interrupted
      if code == errno.EINTR:
        continue
      else:
        raise
    # create a thread to handle this request
    t = threading.Thread(target=handle_request, args=(sock, addr))
    t.start()

if __name__ == '__main__':
  serve_forever()

创建一个client socket
客户端的socket就比较简单,主要包括以下几个步骤:

  • 创建一个socket;
  • 连接到服务器;
  • 给服务器发送数据;
  • 接收服务器返回的数据;
  • 关闭socket。
import socket

HOST = 'localhost' # the remote host
PORT = 8888 # port used by server

client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# connect to server
client_socket.connect((HOST, PORT))
# send something to the server
client_socket.sendall("Hello, world")
data = client_socket.recv(1024)
client_socket.close()
print 'Received', repr(data)

PS:socket模块使用引申

sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM,0)

参数一:地址簇

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

参数二:类型

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

参数三:协议

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

sk.bind(address)

s.bind(address) 将套接字绑定到地址。address地址的格式取决于地址族。在AF_INET下,以元组(host,port)的形式表示地址。

sk.listen(backlog)

开始监听传入连接。backlog指定在拒绝连接之前,可以挂起的最大连接数量。

      backlog等于5,表示内核已经接到了连接请求,但服务器还没有调用accept进行处理的连接个数最大为5
      这个值不能无限大,因为要在内核中维护连接队列

sk.setblocking(bool)

是否阻塞(默认True),如果设置False,那么accept和recv时一旦无数据,则报错。

sk.accept()

接受连接并返回(conn,address),其中conn是新的套接字对象,可以用来接收和发送数据。address是连接客户端的地址。

接收TCP 客户的连接(阻塞式)等待连接的到来

sk.connect(address)

连接到address处的套接字。一般,address的格式为元组(hostname,port),如果连接出错,返回socket.error错误。

sk.connect_ex(address)

同上,只不过会有返回值,连接成功时返回 0 ,连接失败时候返回编码,例如:10061

sk.close()

关闭套接字

sk.recv(bufsize[,flag])

接受套接字的数据。数据以字符串形式返回,bufsize指定最多可以接收的数量。flag提供有关消息的其他信息,通常可以忽略。

sk.recvfrom(bufsize[.flag])

与recv()类似,但返回值是(data,address)。其中data是包含接收数据的字符串,address是发送数据的套接字地址。

sk.send(string[,flag])

将string中的数据发送到连接的套接字。返回值是要发送的字节数量,该数量可能小于string的字节大小。

sk.sendall(string[,flag])

将string中的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。

sk.sendto(string[,flag],address)

将数据发送到套接字,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。该函数主要用于UDP协议。

sk.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 client 连接最多等待5s )

sk.getpeername()
    这个方法只能用在客户端,用于查看server端的信息

返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组(ipaddr,port)。

sk.getsockname()
    这个方法只能用在server端用与查看server端自己的信息

返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)

sk.fileno()

套接字的文件描述符

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