Python socket

Python的網絡編程主要支持兩種網絡協議：TCP和UDP。這兩種協議都通過叫Socket的編程抽象進行處理。Socket起源於Unix，是類似於文件的存在，可以像文件一樣進行I/O、打開、關閉等操作，最主要的是它可以實現網絡上不同主機的進程間通信，所以基本上Socket是任何一種網絡通訊中最基礎的內容。

Python中建立一個套接字很簡單：

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

地址族

family為地址族，該族指定要使用的網絡協議，主要使用的有：

• AF_INET：IPv4協議(TCP，UDP)
• AF_INET6：IPv6協議(TCP，UDP)
• AF_UNIX：UNIX域協議，用於同一台機器的進程間通訊

套接字類型

type為套接字類型，指定給定的協議組中使用的通信類型：

• SOCK_STREAM：用於TCP
• SOCK_DGRAM：用於UDP

TCP和UDP都是基於Client/Server的編程模型，所以Socket編程也分為客戶端和服務器端，以TCP為例：

TCP客戶端編程

要獲取遠程主機的ip地址，可以使用socket標准庫提供的gethostbyname()方法：

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

socket套接字實例s可用於客戶端的方法有以下幾個：

• s.connect(addr)：連接服務器端套接字。addr格式取決於地址族，對於IPv4來說，是一個包含ip地址與端口的元組，(host, port)。連接失敗會報socket.error錯誤。
• s.sendall(string)：嘗試發送所有數據，成功則返回None，失敗則報異常。
• s.recv(bufsize)：接收數據，bufsize指定接收的最大數據量。
• s.close()：關閉套接字

OK，現在可以用socket向遠程主機發送一個HTTP GET請求了：

# -*- 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)  #獲取ip
s.connect((ip, port))  #建立連接
message = 'GET / HTTP/1.1\r\n\r\n'
s.sendall(message)  #發送GET請求
r = s.recv(4096)    #接收數據
print r
s.close()    #關閉套接字

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=/

下面我們可以實現自己的服務器。

TCP服務器端編程

Socket實例與服務器端編程有關的方法有以下幾個：

• s.bind(addr)：addr也是(host, port)形式的元組，將套接字綁定到特定的地址和端口上。空字符串表示任意地址，'broadcast'可以用做發送廣播信息。
• s.listen(backlog)：開始監聽連接，backlog為最大掛起連接次數。
• s.accept：返回元組(conn，addr)，conn為新的套接字，可以用來發送和接收數據。addr是客戶端的套接字地址。
• s.recv()、s.sendall()和s.close()與客戶端同。

現在寫一個將客戶端發送來的信息發送回去的服務器：

# -*- 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 '開始監聽'
conn, addr = s.accept()
print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1])
data = conn.recv(1024)
conn.sendall(data)
conn.close()
s.close()

運行：

>>> 
開始監聽

服務器開始監聽連接了。修改一下剛才寫的客戶端程序：

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

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
host = 'localhost'
port = 8088
s.connect((host, port))  #建立連接
message = 'GET / HTTP/1.1\r\n\r\n'
s.sendall(message)  #發送GET請求
r = s.recv(4096)    #接收數據
print r
s.close()    #關閉套接字

運行，連接本地的服務器，服務器端輸出：

>>> 
開始監聽
Connected with 127.0.0.1:60933

連接成功。客戶端輸出：

>>> 
GET / HTTP/1.1

發送的消息被返回了。

這就是一個最簡單的服務器了。上述服務器只能處理一次連接，這顯然不是我們想看到的，保持一直運行：

# -*- 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 '開始監聽'
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()

現在就可以使用客戶端無限連接了：

>>> 
開始監聽
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

服務器端多線程處理連接

現在服務器端雖然可以處理無限多個連接，但只能一個一個的處理，后面的客戶端連接只能等待前面的連接完成才能發送數據。要同時處理多個連接，可以使用多線程。服務器端接收到新的連接后，開啟一個線程處理新連接，主線程去建立下一個連接。

服務器端：

# -*- 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 '開始監聽'

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()

客戶端啟動多個連接：

# -*- 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()

運行：

開始監聽
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編程

UDP與TCP的不同之處在於UDP是不用建立連接的。

在此需要使用s.recvfrom()與s.sendto()方法，前者與s.recv()相同，但返回(data, addr)的元組，addr為數據發送端的套接字地址，后者發送數據時需要加入要發送的遠程地址。

服務器：

# -*- 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的連接'%str(addr)
    s.sendto(data, addr)

客戶端：

# -*- 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()

運行：

>>> 
接收到('127.0.0.1', 64112)的連接
>>> 
Hello World