Python3快速入門(mén)（十）——Python3網(wǎng)絡(luò)編程

一、socket模塊簡(jiǎn)介

Python 提供了兩個(gè)級(jí)別訪問(wèn)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，低級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)支持基本的 Socket，提供了標(biāo)準(zhǔn)的BSD Sockets API，可以訪問(wèn)底層操作系統(tǒng)Socket接口的全部方法；高級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊 SocketServer， 提供了服務(wù)器中心類，可以簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的開(kāi)發(fā)。
socket不支持多并發(fā)，socketserver是對(duì)socket的再封裝，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器版的開(kāi)發(fā)。

二、socket模塊接口

1、socket類型

Python 中，用使用socket函數(shù)來(lái)創(chuàng)建套接字，語(yǔ)法格式如下：
sock = socket.socket([family[, type]])
family：
socket.AF_UNIX ：只能夠用于單一的Unix系統(tǒng)進(jìn)程間通信
socket.AF_INET ：指定使用IPv4協(xié)議進(jìn)行服務(wù)器間網(wǎng)絡(luò)通信
socket.AF_INET6：指定使用IPv6協(xié)議進(jìn)行服務(wù)器間網(wǎng)絡(luò)通信
type：
socket.SOCK_STREAM：TCP流式連接
socket.SOCK_DGRAM：UDP數(shù)據(jù)報(bào)文
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；SOCK_RAW也可以處理特殊的IPv4報(bào)文；利用原始套接字，可以通過(guò)IP_HDRINCL套接字選項(xiàng)由用戶構(gòu)造IP頭。
socket.SOCK_SEQPACKET：可靠的連續(xù)數(shù)據(jù)包服務(wù)

2、服務(wù)端接口

socket.bind( address )
綁定地址address 到套接字，address是一個(gè)元組（host，port），host代表主機(jī)，port代表端口號(hào)。
socket.listen(backlog)：開(kāi)啟TCP監(jiān)聽(tīng)。backlog指定在拒絕連接前，操作系統(tǒng)可以掛起的最大連接數(shù)量，至少為1，大部分應(yīng)用程序設(shè)為5。
connection, address = socket.accept()
被動(dòng)接受TCP客戶端連接，(阻塞式)等待連接。調(diào)用accept()方法后，socket會(huì)進(jìn)入waiting狀態(tài)。客戶請(qǐng)求連接時(shí)，accept()方法會(huì)建立連接并返回服務(wù)器。accept()返回一個(gè)含有兩個(gè)元素的元組(connection,address)。connection是新的socket對(duì)象，服務(wù)器必須通過(guò)connection與客戶通信； address是客戶端的Internet地址。

3、客戶端接口

socket.connect(address)：主動(dòng)初始化TCP服務(wù)器連接，address為元組（hostname,port），如果連接出錯(cuò)，返回socket.error錯(cuò)誤。
socket.connect_ex()：connect()函數(shù)的擴(kuò)展版本，出錯(cuò)時(shí)返回出錯(cuò)碼，而不是拋出異常。

4、公共接口

buf = socket.recv(size)
接收TCP數(shù)據(jù)。參數(shù)size指定接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)的大小，返回接收的數(shù)據(jù)。
socket.send(buf)：發(fā)送TCP數(shù)據(jù)，將buf中的數(shù)據(jù)發(fā)送到連接的套接字。返回要發(fā)送的字節(jié)數(shù)量，可能小于buf的字節(jié)大小。
socket.sendall(buf)：發(fā)送TCP數(shù)據(jù)。將buf中的數(shù)據(jù)發(fā)送到連接的套接字，但在返回前會(huì)嘗試發(fā)送所有數(shù)據(jù)。成功返回None，失敗則拋出異常。
data,addr = socket.recvfrom(bufsize)：從套接字接收數(shù)據(jù)，但返回（data,address）。data是接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，address是發(fā)送數(shù)據(jù)的套接字地址。
socket.sendto(data, (addr, port))：將數(shù)據(jù)data發(fā)送到套接字，address是形式為（ipaddr，port）的元組，指定遠(yuǎn)程地址。返回發(fā)送的字節(jié)數(shù)。
socket.close()：關(guān)閉套接字。
socket.getpeername()：返回連接套接字的遠(yuǎn)程地址。返回值是元組（ipaddr,port）。
socket.getsocketname()：返回套接字自己的元組(ipaddr,port)
socket.setsockopt(level,optname,value)：設(shè)置給定套接字選項(xiàng)的值。
socket.getsockopt(level,optname[.buflen])：返回套接字選項(xiàng)的值。
socket.settimeout(timeout)：設(shè)置套接字操作的超時(shí)，timeout是一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)，單位是秒。值為None表示沒(méi)有超時(shí)。一般，超時(shí)應(yīng)該在剛創(chuàng)建套接字時(shí)設(shè)置，因?yàn)閟ocket可能用于連接的操作（如connect()）。
socket.gettimeout()：返回當(dāng)前超時(shí)的值，單位是秒，如果沒(méi)有設(shè)置超時(shí)，則返回None。
socket.fileno()：返回套接字的文件描述符。
socket.setblocking(flag)：如果flag為0，則將套接字設(shè)為非阻塞模式，否則將套接字設(shè)為阻塞模式（默認(rèn)值）。非阻塞模式下，如果調(diào)用recv()沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何數(shù)據(jù)，或send()調(diào)用無(wú)法立即發(fā)送數(shù)據(jù)，那么將引起socket.error異常。
socket.makefile()：創(chuàng)建一個(gè)與套接字相關(guān)連的文件。

三、socket編程

1、TCP編程

大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)通信連接都是可靠的TCP連接。創(chuàng)建TCP連接時(shí)，主動(dòng)發(fā)起連接的叫客戶端，被動(dòng)響應(yīng)連接的叫服務(wù)器；連接成功后，通信雙方都能以流的形式發(fā)送數(shù)據(jù)。
在Python中用TCP協(xié)議進(jìn)行Socket編程十分簡(jiǎn)單，對(duì)于客戶端，要主動(dòng)連接服務(wù)器的IP和指定端口，對(duì)于服務(wù)器，要首先監(jiān)聽(tīng)指定端口，然后，對(duì)每一個(gè)新的連接，創(chuàng)建一個(gè)線程或進(jìn)程來(lái)處理。
使用 socket 模塊的?socket?函數(shù)來(lái)創(chuàng)建一個(gè) socket 對(duì)象。socket 對(duì)象可以通過(guò)調(diào)用其它函數(shù)來(lái)設(shè)置一個(gè) socket 服務(wù)。
TCP服務(wù)端與客戶端編程模型如下：

服務(wù)端編程模型如下：
1、調(diào)用socket函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)TCP套接字，返回套接字sock。
2、調(diào)用bind將sock綁定到已知地址，通常為ip和port。
3、調(diào)用listen將sock設(shè)為監(jiān)聽(tīng)模式，準(zhǔn)備接收來(lái)自各客戶端的連接請(qǐng)求。
4、調(diào)用accept等待接受客戶端連接請(qǐng)求。
5、如果接收到客戶端請(qǐng)求，則accept返回，得到新的連接套接字。
6、調(diào)用rev接收來(lái)自客戶端的數(shù)據(jù)，調(diào)用send向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)。
7、與客戶端通信結(jié)束，服務(wù)器端可以調(diào)用close。

sock = socket.socket(AF.INET,sock.SOCK_STREAM)

            
              sock.bind((ip,port))
sock.listen(backlog)
while True:  # 不斷接收新連接
    conn,addr = sock.accept()  # 阻塞
    while True:  # 接收連接，多次通信
        print("new conn",addr)
        data = conn.recv(1024)  #官方建議最大8192
        conn.send(data.upper())
        # recv 默認(rèn)是阻塞的
        if not data :
            break  # 客戶端一斷開(kāi)，conn.recv接收的是空數(shù)據(jù)
# 只能同時(shí)服務(wù)一個(gè)連接
sock.close()
            
          

TCP服務(wù)端實(shí)例:

            
              import socket
import threading
import time

# 處理客戶端，sock為socket，addr為客戶端地址
def tcp_server(sock, addr):
    print("Accept new connection from %s:%s" % addr)
    sock.send(b"What's your name?")
    while True:
        data = sock.recv(1024)
        time.sleep(1)
        if not data or data.decode("utf-8") == "disconnect":
            break
        sock.send(('Hello, %s!' % data.decode('utf-8')).encode('utf-8'))
    sock.close()
    print('Connection from %s:%s closed.' % addr)

if __name__ == "__main__":
    # 創(chuàng)建基于IPV4和TCP的socket
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 綁定地址到socket
    sock.bind(("127.0.0.1", 3288))
    # 設(shè)置最大連接數(shù)，并開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)
    sock.listen(10)
    print("TCP Server is running")
    print("Wait for new Connection")
    while True:
        # 接收TCP客戶端連接，阻塞等待連接
        sock_fd, addr = sock.accept()
        # 開(kāi)啟新線程對(duì)TCP連接進(jìn)行處理
        thread = threading.Thread(target=tcp_server, args=(sock_fd, addr))
        thread.start()
            
          

客戶端編程模型如下：
1、創(chuàng)建一個(gè)socket套接字。
2、調(diào)用connect()函數(shù)將套接字連接到服務(wù)器。
3、調(diào)用send()函數(shù)向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，調(diào)用recv()函數(shù)接收來(lái)自服務(wù)器的數(shù)據(jù)。
4、與服務(wù)器的通信結(jié)束后，客戶端程序可以調(diào)用close()函數(shù)關(guān)閉套接字。
TCP客戶端實(shí)例：

            
              import socket

if __name__ == "__main__":
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    sock.connect(("127.0.0.1", 3288))
    print(sock.recv(1024).decode("utf-8"))
    # 持續(xù)與服務(wù)器交互：
    while True:
        # 獲取用戶輸入：
        msg = input('Your input:')
        if not msg or msg == 'quit':
            break
        # 發(fā)送數(shù)據(jù):
        sock.send(msg.encode('utf-8'))
        # 輸出服務(wù)器返回的消息
        print('From server：', sock.recv(1024).decode('utf-8'))

    # 發(fā)送斷開(kāi)連接的指令
    sock.send(b'disconnect')
    # 套接字關(guān)閉
    sock.close()
            
          

2、UDP編程

UDP是面向無(wú)連接的協(xié)議。使用UDP協(xié)議時(shí)，不需要建立連接，只需要知道對(duì)方的ip和port，就可以直接發(fā)數(shù)據(jù)包，但數(shù)據(jù)包能否到達(dá)是無(wú)法確定的。
雖然用UDP傳輸數(shù)據(jù)不可靠，但優(yōu)點(diǎn)是與TCP相比，速度快，對(duì)于不要求可靠到達(dá)的數(shù)據(jù)，可以使用UDP協(xié)議。
UDP服務(wù)端實(shí)例：

            
              import socket

if __name__ == "__main__":
    # 創(chuàng)建基于IPV4和TCP的socket
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    # 綁定地址到socket
    sock.bind(("127.0.0.1", 3288))
    print("UDP Server is running")
    print("Wait for Message...")
    while True:
        # 接收數(shù)據(jù),recvfrom()方法返回?cái)?shù)據(jù)和客戶端的地址與端口
        data, addr = sock.recvfrom(1024)
        print("Received from %s:%s" % addr)
        sock.sendto(b"Hello, %s!" % data,addr)
            
          

UDP客戶端實(shí)例：

            
              import socket

if __name__ == "__main__":
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    while True:
        msg = input("Your input:")
        if not msg or msg == 'quit':
            break
        sock.sendto(msg.encode('utf-8'), ('127.0.0.1', 3288))
        # 輸出服務(wù)器返回的消息:
        print('From server：', sock.recv(1024).decode('utf-8'))
    sock.close()