【python之路35】网络编程之socket相关

Socket

socket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，应用程序通常通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求。

socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，对于文件用【打开】【读写】【关闭】模式来操作。socket就是该模式的一个实现，socket即是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭）

socket和file的区别： file模块是针对某个指定文件进行【打开】【读写】【关闭】 socket模块是针对 服务器端 和 客户端Socket 进行【打开】【读写】【关闭】

Socket

socket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，应用程序通常通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求。

socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，对于文件用【打开】【读写】【关闭】模式来操作。socket就是该模式的一个实现，socket即是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭）

socket和file的区别：

• file模块是针对某个指定文件进行【打开】【读写】【关闭】
• socket模块是针对 服务器端 和 客户端Socket 进行【打开】【读写】【关闭】

一、SOCKET连接实例

1、TCP通信，首先第一步是客户端和服务端连接，如下例：

#!usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import socket
sk = socket.socket()   #创建对象
sk.bind(('127.0.0.1', 9999,)) #绑定ip和端口,参数为元组
sk.listen(5)  #最多监听数量
while True:
    conn, address = sk.accept()  #阻塞,停在这等待客户端连接，一旦连接继续向下运行,返回连接对象和客户端的地址
    print(address, conn)

服务端代码

#!usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import socket
sk = socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1', 9999,))  #连接客户端的地址
sk.close()

客户端代码

2、socket服务器发送（conn.sendall()）与客户端接收（sk.recv）

#!usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import socket
sk = socket.socket()   #创建对象
sk.bind(('127.0.0.1', 9999,)) #绑定ip和端口,参数为元组
sk.listen(5)  #最多监听数量
while True:
    conn, address = sk.accept()  #阻塞,停在这等待客户端连接，一旦连接继续向下运行,返回连接对象和客户端的地址
    conn.sendall(bytes('欢迎使用聊天工具',encoding='utf-8')) #2.7版本的参数为字符串，3.0系列的为字节
    print(address, conn)

服务端代码

#!usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import socket
sk = socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1', 9999,))  #连接客户端的地址

#接收阻塞，当接收到信息后继续向后运行，
# 2.7版本的接收到的为字符串，3.0系列的为字节，
# 参数最多接收1024个字节
recieve_bytes = sk.recv(1024)

recieve_str = str(recieve_bytes, encoding='utf-8')
print(recieve_str)
sk.close()

客户端代码

3、聊天机器人自动回复，客户端发送信息后，服务器端接收消息经过处理回复客户端

#!usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import socket
sk = socket.socket()   #创建对象
sk.bind(('127.0.0.1', 9999,)) #绑定ip和端口,参数为元组
sk.listen(5)  #最多监听数量
while True:
    conn, address = sk.accept()  #阻塞,停在这等待客户端连接，一旦连接继续向下运行,返回连接对象和客户端的地址
    while True:
        bytes_recieve = conn.recv(1024)
        str_recieve = str(bytes_recieve, encoding='utf-8')
        conn.sendall(bytes('机器人：' + str_recieve, encoding='utf-8')) #2.7版本的参数为字符串，3.0系列的为字节
        print(address, conn)
        if str_recieve == "q":   #q表示结束改对话
            break

服务端代码

#!usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import socket
sk = socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1', 9999,))  #连接客户端的地址

while True:
    inp = input('我:')
    sk.sendall(bytes(inp, encoding='utf-8'))
    if inp == "q":
        break
    recieve_bytes = sk.recv(1024) #接收阻塞
    recieve_str = str(recieve_bytes, encoding='utf-8')
    print(recieve_str)

客户端代码

4、socket实现文件上传（注意粘包，两次不同数据，两个sendall，系统可能同时放在一个缓存区发送，解决方法第2个senall之前，resv下）

#!usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import socket
sk = socket.socket()
sk.bind(('127.0.0.1', 9090))
sk.listen()
while True:
    conn, address = sk.accept()
    print(conn, address)

    file_size_recv = conn.recv(1024)  #接收文件大小，字节型
    file_size_str = str(file_size_recv, encoding='utf-8')  #转为字符串型
    file_size_int = int(file_size_str)  #转为int型
    print(file_size_int)
    conn.sendall(bytes('',encoding='utf-8'))
    receive_size = 0
    with open('new.jpg','wb') as f:
        while True:
            if receive_size == file_size_int:
                break
            recv_bytes = conn.recv(1024)
            f.write(recv_bytes)
            receive_size += len(recv_bytes)

服务器

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

import socket
import os

sk = socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1',9090))

file_info = os.stat('1.添字工单-配件管理费.jpg').st_size  #取文件大小，int型
file_str = str(file_info)  #文件大小转字符串
file_bytes = bytes(file_str, encoding='utf-8') #文件大小转字节型
sk.sendall(file_bytes)  #发送文件大小
sk.recv(1024) #此处接收为了防止粘包，因为数据是发送到缓存区的，
# 为了防止数据和下面的数据合在缓冲区一起发给服务器这边加上sk.recv
with open('1.添字工单-配件管理费.jpg','rb') as f:
     for line in f:
         sk.sendall(line)

客户端

5、socketserer实现并发操作

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

import socketserver

class Myserver(socketserver.BaseRequestHandler):
    def handle(self):
        conn = self.request
        while True:
            recv_bytes = conn.recv(1024)
            recv_str = str(recv_bytes, encoding='utf-8')  # 阻塞，等待接收
            send_bytes = bytes('服务器:' + recv_str, encoding='utf-8')
            conn.sendall(send_bytes)

if __name__ == '__main__':
    server = socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',9999,),Myserver) #这句会去调用Myserver中handle方法
    server.serve_forever()

服务器

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

import socket
sk = socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1',9999,))

while True:
    inp = input("我：")
    bytes_inp = bytes(inp, encoding='utf-8')
    sk.sendall(bytes_inp)
    response_bytes = sk.recv(30000)  #阻塞
    print(str(response_bytes, encoding='utf-8'))

客户端

更多功能

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

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

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)
    print data

import socket
ip_port = ('127.0.0.1',9999)

sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM,0)
while True:
    inp = raw_input('数据：').strip()
    if inp == 'exit':
        break
    sk.sendto(inp,ip_port)

sk.close()

UDP demo

UDP不用连接直接交互

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。即：可能未将指定内容全部发送。

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。

内部通过递归调用send，将所有内容发送出去。

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()

　　返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。

sk.getsockname()

　　返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)

sk.fileno()

二、IO多路复用

I/O多路复用指：通过一种机制，可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。

IO多路复用实例代码：

r_list, w_list, e_list = select.select(inputs, [], [], 1)   #第一个参数：一旦有连接将对象写入r_list中

#第2个参数，会将原对象写入w_list

#第3个参数，会将发生错误的对象写入e_list

1、IO多路复用原理代码

#!usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import socket
sk1 = socket.socket()
sk1.bind(('127.0.0.1',8888))
sk1.listen(10)

sk2 = socket.socket()
sk2.bind(('127.0.0.1',9999))
sk2.listen(10)

sk_list = [sk1, sk2]
import select
while True:
    #select自动监听sk1,sk2两个对象，一旦文件句柄发生变化
    #如sk1连接，则r_list = [sk1],如果sk1和sk2都连接，则r_list = [sk1,sk2]
    r_list, w_list, e_list = select.select(sk_list, [], [], 1)
    print(r_list)
    for sk in r_list:
        conn, address = sk.accept()
        recv_bytes = conn.recv(1024)
        recv_str = str(recv_bytes, encoding='utf-8')
        conn.sendall(bytes('服务器：' + recv_str, encoding = 'utf-8'))
        conn.close()

IO多路复用server代码

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

import socket
sk = socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1',8888))  #端口可以改为9999
st = "你好乖"

sk.sendall(bytes(st, encoding = 'utf-8'))
re = str(sk.recv(1024), encoding='utf-8')
print(re)
sk.close()

IO多路复用client代码

2、IO多路复用实现socket同时支持多个用户连接

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

import socket
sk = socket.socket()
sk.bind(('127.0.0.1',9999))
sk.listen(10)

sk_list = [sk]
have_send_list = []
recv_content = {}
import select
while True:
    r_list, w_list, e_list = select.select(sk_list, have_send_list, [], 1)
    print(r_list) #服务器连接对象
    print('共连接了%s个对象' % (len(sk_list)))
    for sk_or_conn in r_list:
        if sk == sk_or_conn:  #相等说明是第一次连接，否则就是前面加入的conn连接
            conn, address = sk_or_conn.accept()  #客户端接收对象
            sk_list.append(conn)
            recv_content[conn] = []
        else:
            try:  #当客户端关闭连接时，从列表中删除对象
                recv_bytes = sk_or_conn.recv(1024)
                recv_str = str(recv_bytes, encoding='utf-8')
                recv_content[sk_or_conn].append(recv_str)
            except Exception as e:
                sk_list.remove(sk_or_conn)
            else:
                have_send_list.append(sk_or_conn)

    for s in have_send_list:
        s.sendall(bytes('服务器：'+recv_content[s][-1], encoding='utf-8'))
        have_send_list.remove(s)

多用户socket client代码

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

import socket
sk = socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1',9999))
while True:
    inp = input('我：')
    bytes_inp = bytes(inp, encoding='utf-8')
    sk.sendall(bytes_inp)
    recv_str = str(sk.recv(1024), encoding='utf-8')
    print(recv_str)

多用户socket client代码

socket总结：

第一阶段：

socket ，服务端只能同时处理一个请求

第二阶段：

select + socket 伪并发，

r_list :既读又写

r_list，w_list：读写分离

第三阶段：

socketserver :

select(window)/epull(linux) + socket + 多线程，实现真正并发