socket編程

1.socket編程的概念

• socket通常也稱(chēng)作”套接字”，用于描述IP地址和端口，是一個(gè)通信鏈的句柄，應(yīng)用程序通常通過(guò)”套接字”向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請(qǐng)求或者應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求；

• socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲學(xué)之一就是“一切皆文件”，socket就是該模式的一個(gè)實(shí)現(xiàn)，socket即是一種特殊的文件，一些socket函數(shù)就是對(duì)其進(jìn)行的操作；

• 線(xiàn)程之間的通信形式有： event時(shí)間 ， lock鎖 ， 信號(hào)量 ， queue隊(duì)列 等，而 進(jìn)程之間的通信，一般使用套接字 ，套接字的IPC方式使得跨平臺(tái)之間的進(jìn)程通信成為可能，最早的socket是在BSD-Unix平臺(tái)上發(fā)布，最終成為了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使得計(jì)算機(jī)之間的通信變得非常簡(jiǎn)單；

# 客戶(hù)端示例代碼
import socket
# socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM默認(rèn)參數(shù)
socket_instance = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
socket_instance.connect(('www.baidu.com', 80))

2.socket( )類(lèi)詳解

• 套接字格式： socket(family, type[,protocal]) 使用給定的套接字、套接字類(lèi)型、協(xié)議編號(hào)（默認(rèn)為0）來(lái)創(chuàng)建套接字 ；

• socket.AF_UNIX ：用于同一臺(tái)機(jī)器上的進(jìn)程通信（既本機(jī)通信）；

• socket.AF_INET ：用于服務(wù)器與服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)通信；

• socket.AF_INET6 ：基于IPV6方式的服務(wù)器與服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)通信；

• socket.SOCK_STREAM ：基于TCP的流式socket通信；

• socket.SOCK_DGRAM ：基于UDP的數(shù)據(jù)報(bào)式socket通信；

• socket.SOCK_RAW ：原始套接字，普通的套接字無(wú)法處理ICMP、IGMP等網(wǎng)絡(luò)報(bào)文，而SOCK_RAW可以，其次SOCK_RAW也可以處理特殊的IPV4報(bào)文，此外，利用原始套接字，可以通過(guò)IP_HDRINCL套接字選項(xiàng)由用戶(hù)構(gòu)造IP頭；

• socket.SOCK_SEQPACKET ：可靠的連續(xù)數(shù)據(jù)包服務(wù)；

3.如何編寫(xiě)服務(wù)器socket端

接下來(lái)我們講解一下TCP服務(wù)端和TCP客戶(hù)端代碼示例，大家記得看代碼的注釋?zhuān)奖愦蠹依斫獯a：

# TCP服務(wù)端代碼示例
import socket
from pprint import pprint
# 創(chuàng)建TCP連接
socket_instance = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# bind方法的參數(shù)是ip和端口組成的元組表示address
socket_instance.bind(('127.0.0.1', 9000))
# 操作系統(tǒng)可以?huà)炱鸬淖畲筮B接數(shù)，如果同一時(shí)間的連接數(shù)超過(guò)5，拒絕其他的連接
socket_instance.listen(5)
# 死循環(huán)，循環(huán)接收新的客戶(hù)端連接
while True:
    # 接收客戶(hù)端的請(qǐng)求，且獲取新socket對(duì)象和客戶(hù)端信息
    new_socket, client_addr = socket_instance.accept()  # 阻塞，等待握手
    # 循環(huán)接收已連接的客戶(hù)端發(fā)送的數(shù)據(jù)
    while True:
        # 從緩存區(qū)中讀取1024字節(jié)信息 ，使用decode()方法進(jìn)行解碼
        data = new_socket.recv(1024).decode()   # 阻塞的
        # 返回客戶(hù)端的一下信息
        pprint(data)
        # 返回客戶(hù)端地址 ('127.0.0.1', 51978)
        pprint(client_addr)
        # 把服務(wù)器的數(shù)據(jù)發(fā)送回客戶(hù)端，使用encode()方法把字符串編碼成二進(jìn)制
        new_socket.sendall('服務(wù)器端已經(jīng)拿到你的消息'.encode())

# TCP客戶(hù)端代碼實(shí)現(xiàn)
import socket
# 創(chuàng)建TCP連接
socket_instance = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
socket_instance.connect(('127.0.0.1', 9000))   # 進(jìn)行三次握手
while True:
    cmd = input("請(qǐng)輸入您想說(shuō)的話(huà):")
    socket_instance.send(cmd.encode())   # 把數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)端
    data = socket_instance.recv(1024)  
    print(data.decode())

現(xiàn)在我們已經(jīng)把TCP的服務(wù)端和客戶(hù)端都寫(xiě)好了（寫(xiě)在兩個(gè)不同的.py文件中），那我們來(lái)運(yùn)行代碼看一下效果，首先運(yùn)行服務(wù)器端代碼的.py文件(鼠標(biāo)右鍵->Run test.py)，然后再運(yùn)行客戶(hù)端代碼(鼠標(biāo)右鍵->Run test1.py)，客戶(hù)端會(huì)提示要我們輸入想說(shuō)的話(huà)，如圖：

需要注意的是我們不能通過(guò)TCP的客戶(hù)端連接UDP服務(wù)器，也不能通過(guò)UDP的客戶(hù)端連接TCP的服務(wù)器，也就是客戶(hù)端和服務(wù)端的socket協(xié)議必須一樣

4.UDP服務(wù)器和客戶(hù)端端代碼實(shí)現(xiàn)

# UDP服務(wù)器端代碼實(shí)現(xiàn)
import socket
# 創(chuàng)建UDP連接
socket_instance = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
socket_instance.bind(('127.0.0.1', 9000))
# 循環(huán)接收新的客戶(hù)端連接
while True:
    # 接收客戶(hù)端的請(qǐng)求，且獲取新socket對(duì)象和客戶(hù)端信息
    data, client_addr = socket_instance.recvfrom(1024)
    print(data.decode())
    socket_instance.sendto('Server has receive your data'.encode(), client_addr)

# UDP客戶(hù)端代碼實(shí)現(xiàn)
import socket
# 創(chuàng)建socket實(shí)例
socket_instance = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
while True:
    data = input("請(qǐng)輸入您想說(shuō)的話(huà):")
    socket_instance.sendto(data.encode(), ('127.0.0.1', 9000))
    data, server_addr = socket_instance.recvfrom(1024)
    print(data.decode())

然后依次運(yùn)行服務(wù)器端代碼和客戶(hù)端代碼，步驟和TCP中的運(yùn)行差不多

5.UDP 服務(wù)器端的實(shí)現(xiàn)步驟

1.創(chuàng)建 socket 對(duì)象；
2.向socket 對(duì)象綁定服務(wù)器地址；
3.進(jìn)入與客戶(hù)端交互數(shù)據(jù)的循環(huán)階段；
4.接收客戶(hù)端發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)（包括 bytes 對(duì)象 data，以及客戶(hù)端的 IP 地址和端口號(hào) addr，其中 addr 為二元組 (host, port)；
5.打印接收信息，表示從地址為 addr 的客戶(hù)端接收到數(shù)據(jù)）；
6.關(guān)閉；

6.UDP客戶(hù)端的實(shí)現(xiàn)步驟

1.創(chuàng)建 socket 對(duì)象；
2.初始化 UDP 服務(wù)器的地址；
3.進(jìn)入與服務(wù)器交互數(shù)據(jù)的循環(huán)階段；
4.等待用戶(hù)輸入數(shù)據(jù)；
5.向服務(wù)器端發(fā)送接收數(shù)據(jù)；
6.關(guān)閉套接字，不再向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)；

7.TCP 和UDP的區(qū)別有哪些

• TCP傳輸數(shù)據(jù)使用字節(jié)流的方式傳輸，而UDP是數(shù)據(jù)報(bào)傳輸；

• TCP對(duì)網(wǎng)絡(luò)條件要求高，而UDP更適合實(shí)時(shí)傳輸；

• TCP編程可以保證傳輸?shù)目煽啃?，UDP則不保證；

• TCP會(huì)產(chǎn)生粘包現(xiàn)象，而UDP則容易丟包；

• TCP使用listen方法和accpet方法，而UDP不需要；

• TCP使用recv方法和send方法，而UDP使用recvfrom方法和sendto方法；

8.服務(wù)器端socket實(shí)例對(duì)象創(chuàng)建連接的方法有：

• bind() ：將套接字綁定到地址，在AF_INET下，以tuple(host, port)的方式傳入；

• listen() ：開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)TCP傳入連接；

• accept() ：接受TCP鏈接并返回（new_socket, address），其中new_socket是新的套接字對(duì)象，可以用來(lái)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，address是鏈接客戶(hù)端的地址；

9.客戶(hù)端socket實(shí)例對(duì)象創(chuàng)建連接的方法有：

• connect() ：連接到address處的套接字，一般address的格式為tuple(host, port)，如果鏈接出錯(cuò)，則返回socket.error錯(cuò)誤；

• connect_ex() ：功能與s.connect(address)相同，但成功返回0，失敗返回errno的值；

10.客戶(hù)端和服務(wù)器端socket實(shí)例對(duì)象都有的方法：

• recv() ：接受TCP套接字的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以字符串形式返回；

• send() ：發(fā)送TCP數(shù)據(jù)，將字符串中的數(shù)據(jù)發(fā)送到鏈接的套接字，返回值是要發(fā)送的字節(jié)數(shù)量，該數(shù)量可能小于string的字節(jié)大??；

• sendall() ：完整發(fā)送TCP數(shù)據(jù)，將字符串中的數(shù)據(jù)發(fā)送到鏈接的套接字，但在返回之前嘗試發(fā)送所有數(shù)據(jù)，成功返回None，失敗則拋出異常；

• recvfrom() ：接受UDP套接字的數(shù)據(jù)；

• sendto() ：發(fā)送UDP數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到套接字；

• close() ：關(guān)閉套接字；

• getpeername() ：返回套接字的遠(yuǎn)程地址；

• getsockname() ：返回套接字自己的地址；

• settimeout() ：設(shè)置套接字操作的超時(shí)時(shí)間；

• gettimeout() ：返回當(dāng)前超時(shí)值，單位是秒，如果沒(méi)有設(shè)置超時(shí)則返回None；

• fileno() ：返回套接字的文件描述；

• setblocking() ：如果flag為0，則將套接字設(shè)置為非阻塞模式，否則將套接字設(shè)置為阻塞模式（默認(rèn)值）；

• makefile() ：創(chuàng)建一個(gè)與該套接字相關(guān)的文件；

• setsockopt() ：設(shè)置給定套接字選項(xiàng)的值；

• getsockopt() ：返回套接字選項(xiàng)的值；

參考： https://www.9xkd.com/user/plan-view.html?id=1374569434