Socket简介
在网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换，这个链接的一端称为一个Socket（套接字），用于描述IP地址和端口。
建立网络通信连接至少要一对端口号（Socket），Socket本质是编程接口（API），对TCP/IP的封装，提供了网络通信能力。
每种服务都打开一个Socket，并绑定到端口上，不同的端口对应不同的服务，就像http对应80端口。
Socket是面向C/S（客户端/服务器）模型设计，客户端在本地随机申请一个唯一的Socket号，服务器拥有公开的socket，任何客户端都可以向它发送连接请求和信息请求。
比如：用手机打电话给10086客服，你的手机号就是客户端，10086客服是服务端。必须在知道对方电话号码前提下才能与对方通讯。
Socket数据处理流程如图：
17.1 socket
在Python中提供此服务的模块是socket和SocketServer，下面是socket常用的类、方法：
| 方法 | 描述 |
| socket.socket([family[, type[, proto]]]) | socket初始化函数，（地址族，socket类型，协议编号）协议编号默认0 |
| socket.AF_INET | IPV4协议通信 |
| socket.AF_INET6 | IPV6协议通信 |
| socket.SOCK_STREAM | socket类型，TCP |
| socket.SOCK_DGRAM | socket类型，UDP |
| socket.SOCK_RAW | 原始socket，可以处理普通socker无法处理的报文，比如ICMP |
| socket.SOCK_RDM | 更可靠的UDP类型，保证对方收到数据 |
| socket.SOCK_SEQPACKET | 可靠的连续数据包服务 |
socket.socket()对象有以下方法：
| accept() | 接受连接并返回(socket object, address info)，address是客户端地址 |
| bind(address) | 绑定socket到本地地址，address是一个双元素元组（host，port） |
| listen(backlog) | 开始接收连接，backlog是最大连接数，默认1 |
| connect(address) | 连接socket到远程地址 |
| connect_ex(address) | 连接socket到远程地址，成功返回0，错误返回error值 |
| getpeername() | 返回远程端地址(hostaddr, port) |
| gettimeout() | 返回当前超时的值，单位秒，如果没有设置返回none |
| recv(buffersize[, flags]) | 接收来自socket的数据，buffersize是接收数据量 |
| send(data[, flags]) | 发送数据到socket，返回值是发送的字节数 |
| sendall(data[, flags]) | 发送所有数据到socket，成功返回none，失败抛出异常 |
| setblocking(flag) | 设置socket为阻塞（flag是true）或非阻塞（flag是flase） |
温习下TCP与UDP区别：
TCP和UDP是OSI七层模型中传输层提供的协议，提供可靠端到端的传输服务。
TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议），面向连接协议，双方先建立可靠的连接，再发送数据。适用于可靠性要求高的应用场景。
UDP（User Data Protocol，用户数据报协议），面向非连接协议，不与对方建立连接，直接将数据包发送给对方，因此相对TCP传输速度快 。适用于可靠性要求低的应用场景。
17.1.1 TCP编程
下面创建一个服务端TCP协议的Socket演示下。
先写一个服务端：
#!/usr/bin/python # -*- coding: utf-8 -*- import socket HOST = '' # 为空代表所有可用的网卡 PORT = 50007 # 任意非特权端口 s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) s.bind((HOST, PORT)) s.listen(1) # 最大连接数 conn, addr = s.accept() # 返回客户端地址 print 'Connected by', addr while 1: data = conn.recv(1024) # 每次最大接收客户端发来数据1024字节 if not data: break # 当没有数据就退出死循环 print "Received: ", data # 打印接收的数据 conn.sendall(data) # 把接收的数据再发给客户端 conn.close()
再写一个客户端：
#!/usr/bin/python # -*- coding: utf-8 -*- import socket HOST = '192.168.1.120' # 远程主机IP PORT = 50007 # 远程主机端口 s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) s.connect((HOST, PORT)) s.sendall('Hello, world') # 发送数据 data = s.recv(1024) # 接收服务端发来的数据 s.close() print 'Received: ', data
写好后，打开一个终端窗口执行：
# python socket-server.py 监听中... # 直到客户端运行会接收到下面数据并退出 Connected by ('192.168.1.120', 37548) Received: Hello, world
再打开一个终端窗口执行：
# netstat -antp |grep 50007 tcp 0 0 0.0.0.0:50007 0.0.0.0:* LISTEN 72878/python # python socket-client.py Received： Hello, world
通过实验了解搭到Socket服务端工作有以下几个步骤：
1）打开socket
2）绑定到一个地址和端口
3）监听进来的连接
4）接受连接
5）处理数据
17.1.2 UDP编程
import socket HOST = '' PORT = 50007 s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) s.bind((HOST, PORT)) while 1: data, addr = s.recvfrom(1024) print 'Connected by', addr print "Received: ", data s.sendto("Hello %s"% repr(addr), addr) conn.close()
客户端：
import socket HOST = '192.168.1.99' PORT = 50007 s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) s.sendto(data, (HOST, PORT)) data = s.recv(1024) s.close() print 'Received: ', data
运行方式与TCP编程一样。
使用UDP协议时，服务端就少了listen()和accept()，不需要建立连接就直接接收客户端的数据，也是把数据直接发送给客户端。
客户端少了connect()，同样直接通过sendto()给服务器发数据。
而TCP协议则前提先建立三次握手。
17.1.3 举一个更直观的socket通信例子
客户端发送bash命令，服务端接收到并执行，把返回结果回应给客户端。
服务端：
#!/usr/bin/python # -*- coding: utf-8 -*- import sys import subprocess import socket HOST = '' PORT = 50007 try: s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) s.bind((HOST, PORT)) s.listen(1) except socket.error as e: s.close() print e sys.exit(1) while 1: conn, addr = s.accept() print 'Connected by', addr while 1: # 每次读取1024字节 data = conn.recv(1024) if not data: # 客户端关闭服务端会收到一个空数据 print repr(addr) + " close." conn.close() break print "Received: ", data cmd = subprocess.Popen(data, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE, shell=True) result_tuple = cmd.communicate() if cmd.returncode != 0 or cmd.returncode == None: result = result_tuple[1] # result = cmd.stderr.read() else: result = result_tuple[0] # result = cmd.stdout.read() # 读不到标准输出，不知道为啥，所以不用 if result: conn.sendall(result) else: conn.sendall("return null") s.close()
客户端：
#!/usr/bin/python # -*- coding: utf-8 -*- import sys import socket HOST = '192.168.1.120' PORT = 50007 try: s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) s.connect((HOST, PORT)) except socket.error as e: s.close() print e sys.exit(1) while 1: cmd = raw_input("Please input command: ") if not cmd: continue s.sendall(cmd) recv_data = s.recv(1024) print 'Received: ', recv_data s.close()
查看运行效果，先运行服务端，再运行客户端：
# python socket-server.py Connected by ('192.168.1.120', 45620) Received: ls Received: touch a.txt Received: ls # python socket-client.py Please input command: ls Received: socket-client.py socket-server.py Please input command: touch a.txt Received: return null Please input command: ls Received: a.txt socket-client.py socket-server.py Please input command:
我想通过上面这个例子你已经大致掌握了socket的通信过程。
再举一个例子，通过socket获取本机网卡IP：
>>> socket.gethostname() 'ubuntu' >>> socket.gethostbyname(socket.gethostname()) '127.0.1.1' >>> s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) >>> s.connect(('10.255.255.255', 0)) >>> s.getsockname() ('192.168.1.120', 35765) >>> s.getsockname()[0] '192.168.1.120'
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17.2 SocketServer
ScoketServer是Socket服务端库，比socket库更高级，实现了多线程和多线程，并发处理多个客户端请求。
下面是几个常用的类：
SocketServer.TCPServer(server_address, RequestHandlerClass, bind_and_activate=True) |
服务器类，TCP协议 |
SocketServer.UDPServer(server_address, RequestHandlerClass, bind_and_activate=True) |
服务器类，UDP协议 |
SocketServer.BaseServer(server_address, RequestHandlerClass) |
这个是所有服务器对象的超类。它定义了接口，不提供大多数方法，在子类中进行。 |
| SocketServer.BaseRequestHandler | 这个是所有请求处理对象的超类。它定义了接口，一个具体的请求处理程序子类必须定义一个新的handle()方法。 |
| SocketServer.StreamRequestHandler | 流式socket，根据socket生成读写socket用的两个文件对象，调用rfile和wfile读写 |
| SocketServer.DatagramRequestHandler | 数据报socket，同样生成rfile和wfile，但UDP不直接关联socket。这里rfile是由UDP中读取的数据生成，wfile则是新建一个StringIO，用于写数据 |
| SocketServer.ForkingMixIn/ThreadingMixIn | 多进程（分叉）/多线程实现异步。混合类，这个类不会直接实例化。用于实现处理多连接 |
SocketServer.BaseServer()对象有以下方法：
| fileno() | 返回一个整数文件描述符上服务器监听的套接字 |
| handle_request() | 处理一个请求 |
| serve_forever(poll_interval=0.5) | 处理，直至有明确要求shutdown()的请求。轮训关机每poll_interval秒 |
| shutdown() | 告诉serve_forever()循环停止并等待 |
| server_close() | 清理服务器 |
| address_family | 地址族 |
| server_address | 监听的地址 |
| RequestHandlerClass | 用户提供的请求处理类 |
| socket | socket对象上的服务器将监听传入的请求 |
| allow_reuse_address | 服务器是否允许地址的重用。默认False |
| request_queue_size | 请求队列的大小。 |
| socket_type | socket类型。socket.SOCK_STREAM或socket.SOCK_DGRAM |
| timeout | 超时时间，以秒为单位 |
| finish_request() | 实际处理通过实例请求RequestHandleClass并调用其handle()方法 |
| get_request() | 必须接受从socket的请求，并返回 |
| handle_error(request, client_address) | 如果这个函数被条用handle() |
| process_request(request, client_address) | ? |
| server_activate() | ? |
| server_bind() | 由服务器构造函数调用的套接字绑定到所需的地址 |
| verify_request(request, client_address) | 返回一个布尔值，如果该值是True，则该请求将被处理，如果是False，该请求将被拒绝。 |
创建一个服务器需要几个步骤：
1）创建类，继承请求处理类（BaseRequestHandler），并重载其handle()方法，此方法将处理传入的请求
2）实例化服务器类之一，它传递服务器的地址和请求处理程序类
3）调用handle_request()或serve_forever()服务器对象的方法来处理一个或多个请求
4）调用server_close()关闭套接字
17.2.1 TCP编程
服务端：
#!/usr/bin/python # -*- coding: utf-8 -* import SocketServer class MyTCPHandler(SocketServer.BaseRequestHandler): """ 请求处理程序类。 每个连接到服务器都要实例化一次，而且必须覆盖handle()方法来实现与客户端通信 """ def handle(self): # self.request 接收客户端数据 self.data = self.request.recv(1024).strip() print "%s wrote:" % (self.client_address[0]) print self.data # 把接收的数据转为大写发给客户端 self.request.sendall(self.data.upper()) if __name__ == "__main__": HOST, PORT = "localhost", 9999 # 创建服务器并绑定本地地址和端口 server = SocketServer.TCPServer((HOST, PORT), MyTCPHandler) # 激活服务器，会一直运行，直到Ctrl-C中断 server.serve_forever()
另一个请求处理程序类，利用流（类文件对象简化通信提供标准文件接口）：
class MyTCPHandler(SocketServer.StreamRequestHandler): def handle(self): # self.rfile创建的是一个类文件对象处理程序，就可以调用readline()而不是recv() self.data = self.rfile.readline().strip() print "%s wrote:" % (self.client_address[0]) print self.data # 同样，self.wfile是一个类文件对象，用于回复客户端 self.wfile.write(self.data.upper())
客户端：
import socket import sys HOST, PORT = "localhost", 9999 data = " ".join(sys.argv[1:]) sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) try: sock.connect((HOST, PORT)) sock.sendall(data + "\n") received = sock.recv(1024) finally: sock.close() print "Sent: %s" % data print "Received: %s" % received
服务端结果：
# python TCPClient.py hello Sent: hello Received: HELLO # python TCPClient.py nice Sent: nice Received: NICE
17.2.2 UDP编程
服务端：
import SocketServer class MyTCPHandler(SocketServer.BaseRequestHandler): def handle(self): self.data = self.request[0].strip() self.socket = self.request[1] print "%s wrote:" % (self.client_address[0]) print self.data self.socket.sendto(self.data.upper(), self.client_address) if __name__ == "__main__": HOST, PORT = "localhost", 9999 server = SocketServer.UDPServer((HOST, PORT), MyTCPHandler) server.serve_forever()
客户端：
import socket import sys HOST, PORT = "localhost", 9999 data = " ".join(sys.argv[1:]) sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) sock.sendto(data + "\n", (HOST, PORT)) received = sock.recv(1024) print "Sent: %s" % data print "Received: %s" % received
与TCP执行结果一样。
17.2.3 异步混合
创建异步处理，使用ThreadingMixIn和ForkingMixIn类。
ThreadingMixIn类的一个例子：
#!/usr/bin/python # -*- coding: utf-8 -* import socket import threading import SocketServer class ThreadedTCPRequestHandler(SocketServer.BaseRequestHandler): def handle(self): data = self.request.recv(1024) cur_thread = threading.current_thread() response = "%s: %s" % (cur_thread.name, data) self.request.sendall(response) class ThreadedTCPServer(SocketServer.ThreadingMixIn, SocketServer.TCPServer): pass def client(ip, port, message): sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) sock.connect((ip, port)) try: sock.sendall(message) response = sock.recv(1024) print "Received: %s" % response finally: sock.close() if __name__ == "__main__": # 端口0意味着随机使用一个未使用的端口 HOST, PORT = "localhost", 0 server = ThreadedTCPServer((HOST, PORT), ThreadedTCPRequestHandler) ip, port = server.server_address # 服务器启动一个线程，该线程将开始。每个线程处理每个请求 server_thread = threading.Thread(target=server.serve_forever) # 作为守护线程 server_thread.daemon = True server_thread.start() print "Server loop running in thread:", server_thread.name client(ip, port, "Hello World 1") client(ip, port, "Hello World 2") client(ip, port, "Hello World 3") server.shutdown() server.server_close()
# python socket-server.py Server loop running in thread: Thread-1 Received: Thread-2: Hello World 1 Received: Thread-3: Hello World 2 Received: Thread-4: Hello World 3
