Python中基础的socket编程实战攻略

在网络通信中socket几乎无处不在，它可以看成是应用层与TCP/IP协议簇通信的中间软件抽象层，是两个应用程序彼此进行通信的接口，并且把复杂的TCP/IP协议细节隐藏在接口之后。Python提供了socket模块，可以非常方便的进行socket编程。

创建一个server socket
使用socket方法创建一个新的socket，通常提供两个参数，第一个参数是address family, 第二个是socket type。

    #create an INET, STREAMing socket
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

以上创建了一个address family为IP协议，并且传输协议为TCP的socket。

服务器端在创建一个socket之后，需要绑定到一个IP地址与端口，提供服务，这就要用到bind方法。

    # bind the socket to all available interfaces on port 8888
    s.bind(('', 8888))

使用listen方法，将socket设置为监听状态。listen方法后面跟一个参数，表示最多可以在队列里面接收的请求数目。

    #become a server socket
    serversocket.listen(5)

现在，我们已经创建了一个server socket，然后编写一个无限循环体，接收来自客户端的连接，利用accept方法，它返回一个新的socket，表示与远端的连接，同时返回一个地址对，表示远端连接的IP地址与端口号。

    # enter the main loop of the web server
    while 1:
      #accept connections from outside, return a pair (conn, addr)
      (clientsocket, address) = serversocket.accept()
      #now do something with the clientsocket
      #in this case, we'll pretend this is a threaded server
      ct = client_thread(clientsocket)
      ct.run()

通常，循环体中的server socket不会发送和接收任何数据，而仅仅是接收来自远端的连接，将新的连接交给其他的线程去处理，然后就继续侦听更多其他的连接，否则的话在处理一个连接的时候，就无法接受其他新的连接了。

接下来，我们新建一个线程对连接进行处理。首先，使用recv方法接受来自socket的数据，后面带着一个参数表示一次最多可以接受数据的大小。然后使用sendall方法回复socket，sendall不断发送数据直到所有数据发送完毕或者发生了异常。最后，需要记得把socket关闭，因为每个socket就代表了系统中的一个文件描述符，如果没有及时关闭，可能会超过系统最大文件描述符的数量，导致无法创建新的socket。

    def handle_request(sock, addr):
      print "Accept new connection from {addr}".format(addr = addr)
      request_data = client_connection.recv(1024)
      print request_data.decode()
      http_response = "Hello, world!"
      # send response data to the socket
      sock.sendall(http_response)
      sock.close()

总结server socket主要由以下几个步骤：

• 创建一个新的server socket；
• 将socket绑定到一个地址和端口；
• 侦听远程进来的连接；
• 接受连接， 分发给其他线程处理。

以下是完整的server socket示例代码：

    import socket
    import threading

    SERVER_ADDRESS = (HOST, PORT) = '', 8888
    REQUEST_QUEUE_SIZE = 1024

    def handle_request(sock, addr):
      print "Accept new connection from {addr}".format(addr = addr)
      request_data = client_connection.recv(1024)
      print request_data.decode()
      http_response = "Hello, world!"
      # send response data to the socket
      sock.sendall(http_response)
      sock.close()

    def serve_forever():
      server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
      # reuse socket immediately
      server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
      server_socket.bind(SERVER_ADDRESS)
      server_socket.listen(REQUEST_QUEUE_SIZE)
      print 'Serving HTTP on port {port} ...'.format(port = PORT)

      while True:
        try:
          client_connection, client_address = server_socket.accept()
        except IOError as e:
          code, msg = e.args
          # restart 'accept' if it was interrupted
          if code == errno.EINTR:
            continue
          else:
            raise
        # create a thread to handle this request
        t = threading.Thread(target=handle_request, args=(sock, addr))
        t.start()

    if __name__ == '__main__':
      serve_forever()

创建一个client socket
客户端的socket就比较简单，主要包括以下几个步骤：

• 创建一个socket；
• 连接到服务器；
• 给服务器发送数据；
• 接收服务器返回的数据；
• 关闭socket。

    import socket

    HOST = 'localhost' # the remote host
    PORT = 8888 # port used by server

    client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # connect to server
    client_socket.connect((HOST, PORT))
    # send something to the server
    client_socket.sendall("Hello, world")
    data = client_socket.recv(1024)
    client_socket.close()
    print 'Received', repr(data)

PS：socket模块使用引申

    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头。
　　socket.SOCK_RDM 是一种可靠的UDP形式，即保证交付数据报但不保证顺序。SOCK_RAM用来提供对原始协议的低级访问，在需要执行某些特殊操作时使用，如发送ICMP报文。SOCK_RAM通常仅限于高级用户或管理员运行的程序使用。
　　socket.SOCK_SEQPACKET 可靠的连续数据包服务

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

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。

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。

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()
这个方法只能用在客户端，用于查看server端的信息
　　返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。

sk.getsockname()
这个方法只能用在server端用与查看server端自己的信息
　　返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)

sk.fileno()

　　套接字的文件描述符