网络编程之socket

1 简单的网络交互实现

1.1 TCP服务器／客户端

#server_tcp.py
import socket

sk = socket.socket()
sk.bind(('127.0.0.1', 9999,))
sk.listen(5)

# 接受客户端的请求
while True:
    print('等待连接...')
    conn, address = sk.accept()  # 会阻塞,接受客户端的connect
    conn.sendall(bytes('欢迎致电XXX', encoding='utf-8'))

    while True:
        ret_bytes = conn.recv(1024)
        ret_str = str(ret_bytes, encoding='utf-8')

        if ret_str == 'q':
            break

        conn.sendall(bytes(ret_str + '好', encoding='utf-8'))

    print(conn)
    
------------------------------------------------

#client_tcp.py
import socket

obj = socket.socket()

obj.connect(('127.0.0.1', 9999,))  # 连接
print("等待接收服务器数据中...")

ret_bytes = obj.recv(1024)  # 阻塞，如果接收不到消息就等着
print("接收到数据!")
ret_str = str(ret_bytes, encoding='utf-8')
print(ret_str)
while True:
    inp = input('请输入要发送的内容(q退出)：')
    if inp == 'q':
        obj.sendall(bytes(inp, encoding='utf-8'))
        break
    else:
        obj.sendall(bytes(inp, encoding='utf-8'))
        ret_str = str(obj.recv(1024), encoding='utf-8')
        print(ret_str)

obj.close()  # 关闭

1.2 UDP服务器／客户端

#server_udp.py
import socket
ip_port = ('127.0.0.1',9999)
sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM,0)
sk.bind(ip_port)

while True:
    data = sk.recv(1024)
    print data



#client_udp.py
import socket
ip_port = ('127.0.0.1',9999)

sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM,0)
while True:
    inp = raw_input('数据：').strip()
    if inp == 'exit':
        break
    sk.sendto(inp,ip_port)

sk.close()

2 socket的方法

2.1 socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM,0)

sk = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

参数一：地址簇

• socket.AF_INE：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D

• 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_RDM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_RDM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

2.2 其他方法

sk.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。
如果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。IO多路复用时会用到。

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)
客户端连接到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。即：可能未将指定内容全部发送。

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。
内部通过递归调用send，将所有内容发送出去。

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()
返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。

sk.getsockname()
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

3 文件上传的简单实现

#server_file.py

import socket

sk = socket.socket()
sk.bind(('127.0.0.1', 9999,))
sk.listen(5)

# 接受客户端的请求
while True:
    print('等待连接...')
    conn, address = sk.accept()  # 会阻塞,接受客户端的connect
    conn.sendall(bytes('欢迎登录FTP',encoding='utf-8'))

    # 先接收文件大小
    file_size = str(conn.recv(1024), encoding='utf-8')

    # 与client的接受配合解决粘包问题
    conn.sendall(bytes('ack', encoding='utf-8'))

    total_size = int(file_size)
    has_recv = 0

    f = open('new.png', 'wb')

    # 接收文件内容
    while True:
        if total_size == has_recv:
            break
        data = conn.recv(1024)
        f.write(data)
        has_recv += len(data)
    f.close()

#client_file.py
import socket
import os

obj = socket.socket()

obj.connect(('127.0.0.1', 9999,))  # 连接
print("等待接收服务器数据中...")

ret_bytes = obj.recv(1024)  # 阻塞，如果接收不到消息就等着
print("接收到数据!")
ret_str = str(ret_bytes, encoding='utf-8')
print(ret_str)

# 发送当前文件大小
size = os.stat('1.png').st_size
size_bytes = bytes(str(size), encoding='utf-8')
obj.sendall(size_bytes)

# 发送完文件大小之后，执行接受(阻塞)，当再次接受到服务器的数据时，就表示收到确认，然后才开始发送文件内容，此法可以用于解决粘包问题
obj.recv(1024)

# 发送文件
with open('1.png', 'rb') as f:
    for line in f:
        obj.sendall(line)

obj.close()  # 关闭

TCP协议是面向流的协议，以流为单位提取数据，这也是容易出现粘包问题的原因
UDP是面向消息的协议，每个UDP段都是一条消息，应用程序必须以消息为单位提取数据

4 socketserver模块

socketserver实现多并发=I/O多路复用+多线程

针对网络交互实现的并发支持，server端代码修改如下：

import socketserver

class MyServer(socketserver.BaseRequestHandler):  # 定义自己的类，必须继承BaseRequestHandler类
    def handle(self):   # 必须使用方法名为handle的方法
        print("等待客户端的连接..")
        conn = self.request  # 客户端的连接
        conn.sendall(bytes('欢迎致电XXX', encoding='utf-8'))
        
        while True:
            ret_bytes = conn.recv(1024)
            ret_str = str(ret_bytes, encoding='utf-8')

            if ret_str == 'q':
                break

            conn.sendall(bytes(ret_str + '好', encoding='utf-8'))


if __name__ == '__main__':
    server = socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1', 9999), MyServer)
    server.serve_forever()  #其内部是一个while循环，不断等待用户连接