循序渐进Python3（八） -- 0 -- 初识socket

socket通常也称作"套接字"，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄，应用程序通常通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求。

socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，对于文件用【打开】【读写】【关闭】模式来操作。 socket就是该模式的一个实现，socket即是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭）

socket和file的区别：

    file模块是针对某个指定文件进行【打开】【读写】【关闭】

    socket模块是针对 服务器端 和 客户端Socket 进行【打开】【读写】【关闭】

scoket 实现流程：

小例子：

服务端：

#!/usr/bin/env python
# Version = 3.5.2
# __auth__ = '无名小妖'
import socket

ip_port = ('127.0.0.1',9999)

sk = socket.socket()
sk.bind(ip_port)
sk.listen(5)

while True:
    print('server waiting...')
    conn, addr = sk.accept()
    client_data = conn.recv(1024)
    # print(conn,addr)
    print(str(client_data,encoding='utf8'))
    conn.sendall(bytes('不要回答,不要回答,不要回答',encoding='utf8'))
    conn.close()

客户端：

#!/usr/bin/env python
# Version = 3.5.2
# __auth__ = '无名小妖'
import socket
ip_port = ('127.0.0.1',9999)

sk = socket.socket()
sk.connect(ip_port)
sk.sendall(bytes('请求占领地球',encoding='utf8'))
server_reply = sk.recv(1024)
print(str(server_reply,encoding='utf8'))
sk.close()

更多功能
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

详细介绍：
sk.bind(address)
　　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。   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(bytes[,flag])
　　将bytes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bytes的字节大小。即：可能未将指定内容全部发送。
sk.sendall(bytes[,flag])
　　将bytes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(bytes[,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

了解了基本用法后，我们在看看有那些需要注意的：
    1.基于python3.5.2版本的socket只能收发字节（python2.7可以发送字符串）；
    2.客户端退出不能影响服务端；
    3.sk.accept()和sk.recv()是阻塞的（连接正常的情况下）；
    4.send返回发送的字节数并且不一定把全部数据发送。sendall会循环调用send，直至全部发送；
    
客户端退出不能影响服务端的列子：
服务端代码：
import socket, subprocess
ip_port = ('127.0.0.1', 9995)
server = socket.socket()
server.bind(ip_port)
server.listen(3)
# 此while循环为了持续的接收连接（当一个连接断开，接收另一个）
while True:
    conn, addr = server.accept()
    # 此while循环为了持续收发消息
    while True:
        try:
            recv_data = conn.recv(1024)
            print(recv_data,'xxx')
            if recv_data == bytes('exit',encoding='utf8'):
                break
            elif len(recv_data) == 0: # 当客户端发送空后，服务端退出本次连接
                break
            send_data = recv_data.upper()
            conn.send(send_data)
        except Exception as e:
            print(e)
            break
    conn.close()
客户端代码:
import socket
ip_port = ('127.0.0.1', 9995)
# 买手机
client = socket.socket()
# 拨号
client.connect(ip_port)
while True:
    # 发消息
    send_data = input('>>>').strip()
    client.send(bytes(send_data, encoding='utf8'))
    if send_data == 'exit':
        break
    elif send_data == '':
        continue
    # 收消息
    recv_data = client.recv(1024)
    print('>>>{}'.format(str(recv_data, encoding='utf8')))
-----------------------------------------------------------------------------------------------
再来一个高级点的列子，用socket实现ssh功能：
服务端代码：
import socket, subprocess
ip_port = ('127.0.0.1', 9999)
server = socket.socket()
server.bind(ip_port)
server.listen(3)
# 此while循环为了持续的接收连接（当一个连接断开，接收另一个）
while True:
    conn, addr = server.accept()
    # 此while循环为了持续收发消息
    while True:
        try:
            recv_data = conn.recv(1024)
            print(recv_data,'xxx')
            if recv_data == bytes('exit',encoding='utf8'):
                break
            elif len(recv_data) == 0: # 当客户端发送空后，服务端退出本次连接
                break
            p = subprocess.Popen(str(recv_data,encoding='utf8'),shell=True,stdout=subprocess.PIPE)
            res = p.stdout.read()
            if len(res) == 0: # 客户端输入错误命令时，服务端返回空
                  send_data = 'cmd error'
            else:
           # 由于windows是gbk编码，所以需要进行解码（gbk无法直接转化为utf8,必须先转为字符串）
                send_data = str(res,encoding='gbk') 
            conn.send(bytes(send_data,encoding='utf8'))
        except Exception as e:
            print(e)
            break
    conn.close()
客户端代码：
import socket
ip_port = ('127.0.0.1', 9999)
# 买手机
client = socket.socket()
# 拨号
client.connect(ip_port)
while True:
    # 发消息
    send_data = input('>>>').strip()
    client.send(bytes(send_data, encoding='utf8'))
    if send_data == 'exit':
        break
    elif send_data == '':
        continue
    # 收消息
    recv_data = client.recv(1024)
    print('>>>{}'.format(str(recv_data, encoding='utf8')))
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粘包问题
当服务端要反馈的数据大于客户端一次能接收的大小时，服务端的剩余数据就会“残留”在服务器端，下次反馈数据时会先把残存的数据先发送到客户端，造成请求的数据和反馈的数据不相对应，这种现象就是 粘包。
解决粘包的方法很简单，就是服务器端提前告诉客户端要发送多大的数据，然后客户端循环接收，直到接收完毕，退出循环。
代码实现：
服务器端：
#!/usr/bin/env python
# Version = 3.5.2
# __auth__ = '无名小妖'

import socket, subprocess
ip_port = ('127.0.0.1', 9999)
server = socket.socket()
server.bind(ip_port)
server.listen(3)
# 此while循环为了持续的接收连接（当一个连接断开，接收另一个）
while True:
    conn, addr = server.accept()
    # 此while循环为了持续收发消息
    while True:
        try:  # 客户端异常关闭处理
            recv_data = conn.recv(1024)
            print(recv_data,'xxx')
            if recv_data == bytes('exit', encoding='utf8'):
                break
            elif len(recv_data) == 0:  # 当客户端发送空后，服务端退出本次连接
                break
            p = subprocess.Popen(str(recv_data,encoding='utf8'),shell=True,stdout=subprocess.PIPE)
            res = p.stdout.read()
            if len(res) == 0:  # 客户端输入错误命令时，服务端返回空
                send_data = 'cmd error'
            else:
                # 将gbk转为utf8，需要先转为str作为过度
                send_data = str(res, encoding='gbk')
                send_data = bytes(send_data, encoding='utf8')
            # 发送一个说明，告诉客户端要发送多大的包（解决粘包问题）
            ready_flag = 'Ready|{}'.format(len(send_data))
            conn.send(bytes(ready_flag, encoding='utf8'))
            feed_back = conn.recv(1024)
            feed_back = str(feed_back,encoding='utf8')
            if feed_back == 'Start':
                conn.send(send_data)
                print(str(send_data, encoding='utf8'))
        except Exception as e:
            print(e)
            break
    conn.close()
客户端：
#!/usr/bin/env python
# Version = 3.5.2
# __auth__ = '无名小妖'
import socket
ip_port = ('127.0.0.1', 9999)
# 买手机
client = socket.socket()
# 拨号
client.connect(ip_port)
while True:
    # 发消息
    send_data = input('>>>').strip()
    client.send(bytes(send_data, encoding='utf8'))
    if send_data == 'exit':
        break
    elif send_data == '':
        continue
    # 处理服务端发送过来的说明，明确即将收多大包（解决粘包问题）
    ready_tag = client.recv(1024)
    ready_tag = str(ready_tag, encoding='utf8')
    if ready_tag.startswith('Ready'):
        msg_size = int(ready_tag.split('|')[-1])
    start_tag = 'Start'
    client.send(bytes(start_tag,encoding='utf8'))

    recv_size = 0
    recv_msg = b''
    while recv_size < msg_size:
        recv_data = client.recv(1024)
        recv_msg += recv_data
        recv_size += len(recv_data)
        print(recv_size,msg_size)
    # 收消息
    print('>>>{}'.format(str(recv_msg, encoding='utf8')))
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SocketServer模块
SocketServer内部使用 IO多路复用 以及 “多线程” 和 “多进程” ，从而实现并发处理多个客户端请求的Socket服务端。
即：每个客户端请求连接到服务器时，Socket服务端都会在服务器是创建一个“线程”或者“进程” 专门负责处理当前客户端的所有请求。
下面看一个简单的socketserver的例子：
服务器端：
import socketserver


class SocketServer(socketserver.BaseRequestHandler):
    def handle(self):
        self.request.sendall(bytes('Welcome to my socketserver!',encoding='utf8'))
        while True:
            recv_data = self.request.recv(1024)
            self.request.sendall(recv_data.upper())

if __name__ == '__main__':
    server = socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8889),SocketServer)
    server.serve_forever()

客户端：
import socket

ip_port = ('127.0.0.1',8889)
sk = socket.socket()
sk.connect(ip_port)

WELCOME_WORDS = sk.recv(1024)
print(WELCOME_WORDS.decode())

while True:
    send_data = input('>>>').strip()
    sk.send(bytes(send_data, encoding='utf8'))
    recv_data = sk.recv(1024)
    print(recv_data.decode())
sk.close()

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打印进度条的知识点：
python2.7：
while True:
    for i in ["/","-","|","\","|"]:
        print "%s
" % i,
python3.5:
while True:
    for i in ["/","-","|","\","|"]:
        print("%s" % i,end='
')
关键就是
的运用，它的功能就是从头开始覆盖上一次相应位置打印的内容。
需要注意的就是：第一次打印了个“123”，第二次打印“9”，那么第二次就会显示“923”。
要解决这个问题可以每次先打印和上次长度相同的空格。

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