Python socket

Python的网络编程主要支持两种网络协议：TCP和UDP。这两种协议都通过叫Socket的编程抽象进行处理。Socket起源于Unix，是类似于文件的存在，可以像文件一样进行I/O、打开、关闭等操作，最主要的是它可以实现网络上不同主机的进程间通信，所以基本上Socket是任何一种网络通讯中最基础的内容。

Python中建立一个套接字很简单：

import socket
s = socket.socket(family, type)

地址族

family为地址族，该族指定要使用的网络协议，主要使用的有：

• AF_INET：IPv4协议(TCP，UDP)
• AF_INET6：IPv6协议(TCP，UDP)
• AF_UNIX：UNIX域协议，用于同一台机器的进程间通讯

套接字类型

type为套接字类型，指定给定的协议组中使用的通信类型：

• SOCK_STREAM：用于TCP
• SOCK_DGRAM：用于UDP

TCP和UDP都是基于Client/Server的编程模型，所以Socket编程也分为客户端和服务器端，以TCP为例：

TCP客户端编程

要获取远程主机的ip地址，可以使用socket标准库提供的gethostbyname()方法：

>>> import socket
>>> socket.gethostbyname('www.baidu.com')
'115.239.211.112'

socket套接字实例s可用于客户端的方法有以下几个：

• s.connect(addr)：连接服务器端套接字。addr格式取决于地址族，对于IPv4来说，是一个包含ip地址与端口的元组，(host, port)。连接失败会报socket.error错误。
• s.sendall(string)：尝试发送所有数据，成功则返回None，失败则报异常。
• s.recv(bufsize)：接收数据，bufsize指定接收的最大数据量。
• s.close()：关闭套接字

OK，现在可以用socket向远程主机发送一个HTTP GET请求了：

# -*- coding: utf-8 -*-
import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) #建立套接字
host = 'www.baidu.com'
port = 80
ip = socket.gethostbyname(host)  #获取ip
s.connect((ip, port))  #建立连接
message = 'GET / HTTP/1.1\r\n\r\n'
s.sendall(message)  #发送GET请求
r = s.recv(4096)    #接收数据
print r
s.close()    #关闭套接字

返回：

HTTP/1.1 302 Moved Temporarily
Date: Wed, 10 Jan 2018 18:56:45 GMT
Content-Type: text/html
Content-Length: 225
Connection: Keep-Alive
Location: http://www.baidu.com/search/error.html
Server: BWS/1.1
X-UA-Compatible: IE=Edge,chrome=1
BDPAGETYPE: 3
Set-Cookie: BDSVRTM=0; path=/

下面我们可以实现自己的服务器。

TCP服务器端编程

Socket实例与服务器端编程有关的方法有以下几个：

• s.bind(addr)：addr也是(host, port)形式的元组，将套接字绑定到特定的地址和端口上。空字符串表示任意地址，'broadcast'可以用做发送广播信息。
• s.listen(backlog)：开始监听连接，backlog为最大挂起连接次数。
• s.accept：返回元组(conn，addr)，conn为新的套接字，可以用来发送和接收数据。addr是客户端的套接字地址。
• s.recv()、s.sendall()和s.close()与客户端同。

现在写一个将客户端发送来的信息发送回去的服务器：

# -*- coding: utf-8 -*-
import socket
import sys
 
HOST = ''   
PORT = 8088

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((HOST, PORT))
s.listen(5)
print '开始监听'
conn, addr = s.accept()
print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1])
data = conn.recv(1024)
conn.sendall(data)
conn.close()
s.close()

运行：

>>> 
开始监听

服务器开始监听连接了。修改一下刚才写的客户端程序：

# -*- coding: utf-8 -*-
import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
host = 'localhost'
port = 8088
s.connect((host, port))  #建立连接
message = 'GET / HTTP/1.1\r\n\r\n'
s.sendall(message)  #发送GET请求
r = s.recv(4096)    #接收数据
print r
s.close()    #关闭套接字

运行，连接本地的服务器，服务器端输出：

>>> 
开始监听
Connected with 127.0.0.1:60933

连接成功。客户端输出：

>>> 
GET / HTTP/1.1

发送的消息被返回了。

这就是一个最简单的服务器了。上述服务器只能处理一次连接，这显然不是我们想看到的，保持一直运行：

# -*- coding: utf-8 -*-
import socket
import sys
 
HOST = ''   
PORT = 8088

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((HOST, PORT))
s.listen(5)
print '开始监听'
while True:
    conn, addr = s.accept()
    print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1])
    data = conn.recv(1024)
    conn.sendall(data)
    conn.close()
s.close()

现在就可以使用客户端无限连接了：

>>> 
开始监听
Connected with 127.0.0.1:61240
Connected with 127.0.0.1:61242
Connected with 127.0.0.1:61245
Connected with 127.0.0.1:61250

服务器端多线程处理连接

现在服务器端虽然可以处理无限多个连接，但只能一个一个的处理，后面的客户端连接只能等待前面的连接完成才能发送数据。要同时处理多个连接，可以使用多线程。服务器端接收到新的连接后，开启一个线程处理新连接，主线程去建立下一个连接。

服务器端：

# -*- coding: utf-8 -*-
import socket
import threading

HOST = ''   
PORT = 8088

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((HOST, PORT))
s.listen(5)
print '开始监听'

def runThread(conn):
    data = conn.recv(1024)
    print data
    conn.sendall(data)
    conn.close()

while True:
    conn, addr = s.accept()
    print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1])
    t = threading.Thread(target=runThread, args=(conn,))
    t.daemon = True
    t.start()

客户端启动多个连接：

# -*- coding: utf-8 -*-
import socket
import time
import threading

def run():
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    host = 'localhost'
    port = 8088
    s.connect((host, port)) 
    message = 'GET / HTTP/1.1\r\n\r\n'
    s.sendall(message) 
    print s.recv(4096)    
    s.close()

                
if __name__ == '__main__':
    for i in xrange(4):
        t = threading.Thread(target=run)
        t.start()

运行：

开始监听
Connected with 127.0.0.1:61772
GET / HTTP/1.1

Connected with 127.0.0.1:61773
GET / HTTP/1.1

Connected with 127.0.0.1:61774
GET / HTTP/1.1

Connected with 127.0.0.1:61775
GET / HTTP/1.1

UDP编程

UDP与TCP的不同之处在于UDP是不用建立连接的。

在此需要使用s.recvfrom()与s.sendto()方法，前者与s.recv()相同，但返回(data, addr)的元组，addr为数据发送端的套接字地址，后者发送数据时需要加入要发送的远程地址。

服务器：

# -*- coding: utf-8 -*-
import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
s.bind(('', 10000))
while True:
    data, addr = s.recvfrom(1024)
    print '接收到%s的连接'%str(addr)
    s.sendto(data, addr)

客户端：

# -*- coding: utf-8 -*-
import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
s.sendto('Hello World', ('localhost', 10000))
r, addr = s.recvfrom(1024)
print r
s.close()

运行：

>>> 
接收到('127.0.0.1', 64112)的连接
>>> 
Hello World