Python中的套接字编程是什么?

 

Why use Sockets?

套接字是网络的基础。它们使在两个不同程序或设备之间的信息传输成为可能。例如，当您打开浏览器时，您作为客户端正在与服务器建立连接以进行信息传输。

在深入探讨这种通信之前，让我们首先弄清楚这些插座的确切含义。

What are Sockets?

一般而言，套接字是为发送和接收数据而构建的内部端点。单个网络将具有两个套接字，每个通信设备或程序一个。这些套接字是IP地址和端口的组合。根据所使用的端口号，单个设备可以具有n个插槽。不同的端口可用于不同类型的协议。请看以下图像，以了解有关一些常见端口号和相关协议的更多信息：

现在您已经了解了套接字的概念，现在让我们看一下Python的Socket模块：

如何在Python中实现Socket编程：

要使用Python实现Socket编程，您将需要导入socket模块或框架。该模块由创建套接字并帮助它们彼此关联所需的内置方法组成。

一些重要的方法如下：

既然您已经了解了套接字模块的重要性，那么让我们继续看一下它如何为Python中的套接字编程创建服务器和客户端。

什么是服务器？

服务器可以是程序，计算机或专用于管理网络资源的设备。服务器可以在同一台设备或计算机上，也可以在本地连接到其他设备和计算机，甚至可以远程连接。有各种类型的服务器，例如数据库服务器，网络服务器，打印服务器等。

服务器通常使用诸如socket.socket（），socket.bind（），socket.listen（）等方法来建立连接并绑定到客户端。现在，让我们编写一个程序来创建服务器。考虑以下示例：

例子：

import socket
s=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((socket.gethostname(),1234))          
#port number can be anything between 0-65535(we usually specify non-previleged ports which are > 1023)
s.listen(5)
 
while True:
    clt,adr=s.accept()
    print(f"Connection to {adr}established")  
   #f string is literal string prefixed with f which 
   #contains python expressions inside braces
    clt.send(bytes("Socket Programming in Python","utf-8 ")) #to send info to clientsocket

如您所见，创建套接字的第一个必要条件是导入套接字模块。之后，使用socket.socket（）方法创建服务器端套接字。

NOTE：

AF_INET是指Internet上的地址，它需要一对（主机，端口），其中主机可以是某个特定网站的URL或它的地址，并且端口号是整数。SOCK_STREAM用于创建TCP协议。

bind（）方法接受两个参数作为元组（主机，端口）。但是，最好使用4位数字的端口号，因为通常占用较小的端口号。listen（）方法允许服务器接受连接。在这里，5是同时出现的多个连接的队列。此处可以指定的最小值为0（如果您提供较小的值，则将其更改为0）。如果未指定任何参数，则采用默认的合适参数。

在while循环允许接受连接永远。“ clt”和“ adr”是客户端对象和地址。print语句仅打印出客户端套接字的地址和端口号。最后，clt.send用于发送字节数据。

现在我们的服务器已经准备好了，让我们继续前进到客户端。

什么是客户端？

客户端是从服务器接收信息或服务的计算机或软件。在客户端服务器模块中，客户端从服务器请求服务。最好的例子是Web浏览器，例如Google Chrome，Firefox等。这些Web浏览器向Web服务器请求用户指示的所需网页和服务。其他示例包括在线游戏，在线聊天等。

现在让我们看一下如何用Python编程语言编写客户端程序：

例子：

import socket
s=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect((socket.gethostname(), 2346))
msg=s.recv(1024)
print(msg.decode("utf-8"))

第一步是导入套接字模块，然后创建套接字，就像创建服务器时一样。然后，要在客户端-服务器之间创建连接，您需要通过指定（主机，端口）使用connect（）方法。

注意：当客户端和服务器位于同一台计算机上时，将使用gethostname。（LAN ?本地IP / WAN ?公用IP）

在这里，客户端希望从服务器接收一些信息，为此，您需要使用recv（）方法，并且该信息存储在另一个变量msg中。请记住，传递的信息将以字节为单位，并且在上述程序的客户端中，一次传输最多可接收1024个字节（缓冲区大小）。可以指定任意数量，具体取决于传输的信息量。

最后，正在传输的消息应进行解码和打印。

既然您已经知道如何创建客户端-服务器程序，那么让我们继续看看如何执行它们。

Echo Client-Server:

要执行这些程序，请打开命令提示符，进入创建了客户端和服务器程序的文件夹，然后键入：

py server.py（在这里，server.py是服务器的文件名，您也可以使用py -3.7 server.py）

完成此操作后，服务器将开始运行。要执行客户端，请打开另一个cmd窗口，然后键入：

py client.py（此处，client.py是客户端的文件名）

输出（服务器）： 

（客户）

让我们通过将缓冲区大小减小到7来尝试相同的程序，然后看看我们得到什么输出：
输出： 

如您所见，连接在传输7个字节后终止。但这是一个问题，因为您尚未收到完整的信息，并且连接已关闭。让我们继续解决这个问题。

Multiple Communications:

为了使连接一直持续到客户端收到完整的信息，可以使用while循环：

例子：

import socket
s=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect((socket.gethostname(), 2346))
while True:
msg=s.recv(7)
print(msg.decode("utf-8"))

完成此操作后，每次传输将以7个字节的形式接收完整的消息。

但是这一次，如您所见，连接不会终止，您也不知道何时会发生连接。除此之外，如果您实际上不知道客户端将从服务器接收到的消息或信息有多大，该怎么办。在这种情况下，您实际上可以在客户端使用以下代码：

例子：

complete_info=''
while True:
    msg = s.recv(7)  
    if len(msg)<=0:
        break
    complete_info += msg.decode("utf-8")
print(complete_info)

在服务器端，使用close（）方法，如下所示：

clt.close()

输出如下图所示：

输出：

上面的代码块所做的全部工作是，检查信息的大小，并一次将其打印在两个字节的缓冲区中，再在完成连接后将其关闭。

传输Python对象：

直到这里，您才有了传输字符串的诀窍。但是，Python中的套接字编程也允许您传输Python对象。这些对象可以是集合，元组，字典等任何对象。要实现此目的，您将需要导入Python的pickle模块。

Python pickle模块：

当您实际上在python中序列化或反序列化对象时，Python pickle模块就会出现。让我们看一个小例子，

例子：

import pickle
 
mylist=[1,2,'abc']
mymsg = pickle.dumps(mylist) 
print(mymsg)

输出： 

b'x80x03] qx00（Kx01Kx02Xx03x00x00x00abcqx01e。

如您所见，在上面的程序中，使用pickle模块的dumps（）函数对'mylist'进行了序列化。还要注意，输出以“ b”开头，这意味着它已转换为字节。在套接字编程中，可以实现此模块以在客户端和服务器之间传输python对象。

如何使用pickle模块传递python对象结构？

当您将泡菜与套接字一起使用时，您绝对可以通过网络传输任何内容。让我们写下服务器端和客户端对应项，以将列表从服务器传输到客户端：

服务器端：

import socket
import pickle
 
a=10
s=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((socket.gethostname(), 2133))        #binding tuple
s.listen(5)
while True:
    clt , adr = s.accept()
    print(f"Connection to {adr}established")
 
    m={1:"Client", 2:"Server"}
    mymsg = pickle.dumps(m)  #the msg we want to print later
    mymsg = {len(mymsg):{a}}"utf-8") + mymsg
    clt.send(mymsg)

在这里，m是一个字典，它基本上是一个python对象，需要从服务器发送到客户端。这是通过首先使用dumps（）序列化对象，然后将其转换为字节来完成的。现在让我们写下客户端对应的内容：

客户端：

import socket
import pickle
a=10
s=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect((socket.gethostname(), 2133))
 
while True:
    complete_info = b''
    rec_msg = True
    while True:
        mymsg = s.recv(10)
       if rec_msg:
            print(f"The length of message = {mymsg[:a]}")
            x = int (mymsg[:a ] )
            rec_msg = False
            complete_info += mymsg
            if len(complete_info)-a == x:
            print("Recieved the complete info")
            print(complete_info[a:])
            m = pickle.loads(complete_info[a:])
            print(m)
            rec_msg = True
complete_info = b''
print(complete_info)

第一个while循环将帮助我们跟踪完整消息（complete_info）以及正在使用缓冲区接收的消息（rec_msg）。通过设置rec_设置消息，然后，在接收消息时，我所做的就是打印每个消息，并在大小为10的缓冲区中接收该消息。此大小可以是任何值，具体取决于您的个人选择。

然后，如果收到的消息等于完整的消息，那么我只是将消息打印为已接收的完整信息，然后使用loads（）将消息反序列化。上面程序的输出如下：

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