第十七章 Python网络编程

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：

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#!/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：

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#!/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：

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# 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：

# 如果端口监听说明服务端运行正常

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# 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

服务端：

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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：

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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：

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#!/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：

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#!/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：

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# 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：

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>>> 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：

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#!/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)     # **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）：

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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：

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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：

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# python TCPServer.py 127.0.0.1 wrote: hello 127.0.0.1 wrote: nice

客户端结果：

1 2 3 4 5 6

# 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：

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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：

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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：

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#!/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()

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# 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

本文转自 李振良OK 51CTO博客，原文链接：http://blog.51cto.com/lizhenliang/1879549，如需转载请自行联系原作者