Python3的Socket编程

一、socket的定义Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。所以，我们无需深入理解tcp/udp协议，socket已经为我们封装好了，我们只需要遵循socket的规定去编程，写出的程序自然就是遵循tcp/udp标准的。补充：也有人将socket说成ip+port，ip是用来标识互联网中的一台主机的位置，而port是用来标识这台机器上的一个应用程序，ip地址是配置到网卡上的，而port是应用程序开启的，ip与port的绑定就标识了互联网中独一无二的一个应用程序，而程序的pid是同一台机器上不同进程或者线程的标识二、套接字发展史及分类套接字起源于20世纪70年代加利福尼亚大学伯克利分校版本的Unix,即人们所说的BSDUnix。因此,有时人们也把套接字称为“伯克利套接字”或“BSD套接字”。一开始,套接字被设计用在同一台主机上多个应用程序之间的通讯。这也被称进程间通讯,或IPC。套接字有两种（或者称为有两个种族）,分别是基于文件型的和基于网络型的。基于文件类型的套接字家族套接字家族的名字：AF_UNIXunix一切皆文件，基于文件的套接字调用的就是底层的文件系统来取数据，两个套接字进程运行在同一机器，可以通过访问同一个文件系统间接完成通信基于网络类型的套接字家族套接字家族的名字：AF_INET(还有AF_INET6被用于ipv6，还有一些其他的地址家族，不过，他们要么是只用于某个平台，要么就是已经被废弃，或者是很少被使用，或者是根本没有实现，所有地址家族中，AF_INET是使用最广泛的一个，python支持很多种地址家族，但是由于我们只关心网络编程，所以大部分时候我么只使用AF_INET)三、套接字的工作流程一个生活中的场景。你要打电话给一个朋友，先拨号，朋友听到电话铃声后提起电话，这时你和你的朋友就建立起了连接，就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。生活中的场景就解释了套接字的工作原理先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。四、socket函数使用socket函数用法importsocketsocket.socket(socket_family,socket_type,protocal=0)#socket_family可以是AF_UNIX或AF_INET。socket_type可以是SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM。protocol一般不填,默认值为0。#获取tcp/ip套接字tcpSock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)#获取udp/ip套接字udpSock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)#由于socket模块中有太多的属性。我们在这里破例使用了'frommoduleimport*'语句。使用'fromsocketimport*',我们就把socket模块里的所有属性都带到我们的命名空间里了,这样能大幅减短我们的代码。#例如tcpSock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)服务端套接字函数s.bind()#绑定(主机,端口号)到套接字s.listen()#开始TCP监听s.accept()#被动接受TCP客户的连接,(阻塞式)等待连接的到来客户端套接字函数s.connect()#主动初始化TCP服务器连接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公共用途的套接字函数s.recv()#接收TCP数据s.send()#发送TCP数据(send在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据丢失,不会发完)s.sendall()#发送完整的TCP数据(本质就是循环调用send,sendall在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据不丢失,循环调用send直到发完)s.recvfrom()#接收UDP数据s.sendto()#发送UDP数据s.getpeername()#连接到当前套接字的远端的地址s.getsockname()#当前套接字的地址s.getsockopt()#返回指定套接字的参数s.setsockopt()#设置指定套接字的参数s.close()#关闭套接字面向锁的套接字方法s.setblocking()#设置套接字的阻塞与非阻塞模式s.settimeout()#设置阻塞套接字操作的超时时间s.gettimeout()#得到阻塞套接字操作的超时时间面向文件的套接字方法s.fileno()#套接字的文件描述符s.makefile()#创建一个与该套接字相关的文件打电话的流程演示服务端.pyimportsocketphone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)#买手机phone.bind(('127.0.0.1',8080))#插电话卡phone.listen(5)#开机，backlogprint('starting....')conn,addr=phone.accept()#接电话print(conn)print('clientaddr',addr)print('readytoreadmsg')client_msg=conn.recv(1024)#收消息print('clientmsg:%s'%client_msg)conn.send(client_msg.upper())#发消息conn.close()phone.close()客户端.pyimportsocketphone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)phone.connect(('127.0.0.1',8080))#拨通电话phone.send('hello'.encode('utf-8'))#发消息back_msg=phone.recv(1024)print(back_msg)phone.close()输出服务端：starting....socket.socketfd=4,family=AddressFamily.AF_INET,type=SocketKind.SOCK_STREAM,proto=0,laddr=('127.0.0.1',8080),raddr=('127.0.0.1',65142)clientaddr('127.0.0.1',65142)readytoreadmsgclientmsg:b'hello'客户端b'HELLO'五、基于TCP的套接字tcp服务端ss=socket()#创建服务器套接字ss.bind()#把地址绑定到套接字ss.listen()#监听链接inf_loop:#服务器无限循环cs=ss.accept()#接受客户端链接comm_loop:#通讯循环cs.recv()/cs.send()#对话(接收与发送)cs.close()#关闭客户端套接字ss.close()#关闭服务器套接字(可选)tcp客户端cs=socket()#创建客户套接字cs.connect()#尝试连接服务器comm_loop:#通讯循环cs.send()/cs.recv()#对话(发送/接收)cs.close()#关闭客户套接字socket通信流程与打电话流程类似，我们就以打电话为例来实现一个low版的套接字通信服务端importsocketip_port=('127.0.0.1',9000)#电话卡BUFSIZE=1024#收发消息的尺寸s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)#买手机s.bind(ip_port)#手机插卡s.listen(5)#手机待机conn,addr=s.accept()#手机接电话#print(conn)#print(addr)print('接到来自%s的电话'%addr[0])msg=conn.recv(BUFSIZE)#听消息,听话print(msg,type(msg))conn.send(msg.upper())#发消息,说话conn.close()#挂电话s.close()#手机关机客户端importsocketip_port=('127.0.0.1',9000)BUFSIZE=1024s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)s.connect_ex(ip_port)#拨电话s.send('nitouxiangnb'.encode('utf-8'))#发消息,说话(只能发送字节类型)feedback=s.recv(BUFSIZE)#收消息,听话print(feedback.decode('utf-8'))s.close()#挂电话输出服务端接到来自127.0.0.1的电话b'nitouxiangnb'class'bytes'客户端NITOUXIANGNB上述流程的问题是，服务端只能接受一次链接，然后就彻底关闭掉了，实际情况应该是，服务端不断接受链接，然后循环通信，通信完毕后只关闭链接，服务器能够继续接收下一次链接，下面是修改版服务端importsocketip_port=('127.0.0.1',8081)#电话卡BUFSIZE=1024s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)#买手机s.bind(ip_port)#手机插卡s.listen(5)#手机待机whileTrue:#新增接收链接循环,可以不停的接电话conn,addr=s.accept()#手机接电话print('接到来自%s的电话'%addr[0])whileTrue:##新增通信循环,可以不断的通信,收发消息msg=conn.recv(BUFSIZE)#听消息,听话iflen(msg)==0:break#如果不加,那么正在链接的客户端突然断开,recv便不再阻塞,死循环发生print(msg,type(msg))conn.send(msg.upper())#发消息,说话conn.close()#挂电话s.close()#手机关机客户端importsocketip_port=('127.0.0.1',8081)BUFSIZE=1024s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)s.connect_ex(ip_port)#拨电话whileTrue:#新增通信循环,客户端可以不断发收消息msg=input(':').strip()iflen(msg)==0:continues.send(msg.encode('utf-8'))#发消息,说话(只能发送字节类型)feedback=s.recv(BUFSIZE)#收消息,听话print(feedback.decode('utf-8'))s.close()#挂电话补充：在重启服务端时可能会遇到这个是由于你的服务端仍然存在四次挥手的time_wait状态在占用地址（如果不懂，请深入研究1.tcp三次握手，四次挥手2.syn洪水攻击3.服务器高并发情况下会有大量的time_wait状态的优化方法）解决办法方法一#加入一条sock