Python socket编程

一、什么是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：

　　1.> file模块是针对某个指定文件进行【打开】【读写】【关闭】

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

Python 提供了两个基本的 socket 模块。

第一个是 Socket，它提供了标准的 BSD Sockets API。

第二个是 SocketServer， 它提供了服务器中心类，可以简化网络服务器的开发。

socket Server端：

import socket
s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)                  #创建套接字,定义socket类型，网络通信，TCP
s.bind(('localhost',8880))                  #绑定套接字到本地IP与端口
s.listen(5)                                 #开始监听TCP连接

while True:
    print "waiting....."
    conn,addr = s.accept()                       #接受TCP连接，并返回新的套接字与IP地址
    print'Connected by',addr                    #输出客户端的IP地址
    client_data = conn.recv(1024)                #接收传来的数据
    print client_data
    conn.send("hello,we are you server !!!")     #发送给对方数据
    conn.close()                                 #传输完毕后，关闭套接字

socket Client端

import socket
s = socket.socket()                 # 创建套接字
s.connect(('localhost',8880))       #连接远端地址,这里为server端的ip和端口
s.send("we are you client")         #发送给server端
server_data = s.recv(1024)          #接收server端信息
print server_data
s.close()                           #关闭连接

server端
import socket
ip_port = ('127.0.0.1',8888)
s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM,0)
s.bind(ip_port)

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

-------------------------------------------------------------
#client端

import socket
ip_port = ('127.0.0.1',9999)

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

s.close()

UDP Demo

使用web访问server端socket.

访问地址：http://localhost:8002

import socket

def main():
    # 创建socket对象
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 监听端口
    sock.bind(('127.0.0.1',8002))
    # 开始监听，
    sock.listen(5)

    while True:
        # 阻塞，deng 。。。。
        # 直到有请求连接
        print '....'
        connection, address = sock.accept()
        # connection，代表客户端socket对象
        # address，客户端IP地址
        #handle_request(connection)
        buf = connection.recv(1024)
        print buf
        connection.send("HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n")
        connection.send("Hello, World")
        connection.close()

if __name__ == '__main__':
    main()

二、socket常用的几种方法：

s = 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

s.bind(address)

s.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。

s.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.

s.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。

s.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。

s.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。

s.connect_ex(address)

和s.connect(address)用法相同，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.

s.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。

s.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。

s.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。

s.close()

关闭套接字

s.getpeername()

返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。

s.getsockname()

返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)

s.gethostname()

gethostname()返回运行程序所在的计算机的主机名

s.gethostbyname(name)

尝试将给定的主机名解释为一个IP地址

s.fileno()

套接字的文件描述符

单线程聊天机器人实现：(只能同时处理一个连接和请求)

Server端：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-

import socket

ip_port = ('127.0.0.1',8888)
s = socket.socket()
s.bind(ip_port)
s.listen(5)

while True:
    conn,address =  s.accept()            #阻塞，等待客户端连接
    conn.sendall('welcom 10086，Plz input 1xxx,0转人工服务.')
    Flag = True        #标志位
    while Flag:
            #阻塞，等待客户端发送数据.
        data = conn.recv(1024)
        if data == 'exit':
            Flag = False
        elif data == '':
            conn.sendall('Receive data is zero。。')
        else:
            conn.sendall('Please re-enter.')

    #断开与客户端的连接
    conn.close()

Client端：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-

import socket

ip_port = ('127.0.0.1',8005)
s = socket.socket()
s.connect(ip_port)
s.settimeout(5)                #等待超时时间

while True:
    data = s.recv(1024)                    #接收数据
    print 'receive:',data
    inp = raw_input('please input:')
    sk.sendall(inp)
    if inp == 'exit':
        break

s.close()

SocketServer是标准库中一个高级别的模块。用于简化网络客户与服务器的实现。模块中，已经实现了一些可供使用的类。

编写一个SocketServer需要实现以下步骤:

1.>编写一个handler类,继承BaseRequestHandler,重写handle()方法
2.>针对是TCP还是UDP,生成一个server对象
3.>调用server对象的handle_request或者serve_forever方法

Server端：

 #!/usr/bin/env python
 # -*- coding:utf-8 -*- 

 import time
 import os
 import SocketServer

 #SocketServer 例子 服务器端
 class MyTCPHandler(SocketServer.BaseRequestHandler):   #继承SocketServer.BaseRequestHandler 类，底下必须写个handle函数.

     def handle(self):
         print "got commection from",self.client_address #打印客户端地址.
         while True:     #循环执行.不然执行接收一次数据
             self.data = self.request.recv(1024).strip()     #接收信息
             if not self.data:
                 time.sleep(1.5)
                 break
             print self.data
             cmd = os.popen(self.data)
             result = cmd.read()
             #format_data = "\033[32;1m%s\033[0m" %self.data  #格式化输出
             self.request.sendall(result)         #返回结果

 if __name__ == "__main__":
     HOST,PROT = "localhost",8000

     server = SocketServer.ThreadingTCPServer((HOST,PROT),MyTCPHandler)      #处理多线程连接
     server.serve_forever()                                                  #永远执行

Clinet端：

 #!/usr/bin/env python
 # -*- coding:utf-8 -*-

 import socket

 ip_port = ('127.0.0.1',8000)
 sk = socket.socket()
 sk.connect(ip_port)
 sk.settimeout(5)

 while True:

     INPUT = raw_input('please input command:')
     sk.sendall(INPUT)
     data = sk.recv(1024)
     print 'receive:',data
     if INPUT == "exit":break

 sk.close()

ThreadingTCPServer实现的Soket服务器内部会为每个client创建一个 “线程”，该线程用来和客户端进行交互。

ThreadingTCPServer源码剖析

ThreadingTCPServer的类图关系如下：

内部调用流程为：

• 启动服务端程序
• 执行 TCPServer.__init__ 方法，创建服务端Socket对象并绑定 IP 和 端口
• 执行 BaseServer.__init__ 方法，将自定义的继承自SocketServer.BaseRequestHandler 的类 MyRequestHandle赋值给 self.RequestHandlerClass
• 执行 BaseServer.server_forever 方法，While 循环一直监听是否有客户端请求到达 ...
• 当客户端连接到达服务器
• 执行 ThreadingMixIn.process_request 方法，创建一个 “线程” 用来处理请求
• 执行 ThreadingMixIn.process_request_thread 方法
• 执行 BaseServer.finish_request 方法，执行 self.RequestHandlerClass()  即：执行 自定义 MyRequestHandler 的构造方法（自动调用基类BaseRequestHandler的构造方法，在该构造方法中又会调用 MyRequestHandler的handle方法）

　　 SocketServer的ThreadingTCPServer之所以可以同时处理请求得益于 select 和 Threading 两个东西，其实本质上就是在服务器端为每一个客户端创建一个线程，当前线程用来处理对应客户端的请求，所以，可以支持同时n个客户端链接（长连接）。

ForkingTCPServer
ForkingTCPServer和ThreadingTCPServer的使用和执行流程基本一致，只不过在内部ForkingTCPServer为请求者建立 “进程”而ThreadingTCPServer为请求者建立“线程”。

基本使用：

 #!/usr/bin/env python
 # -*- coding:utf-8 -*-
 import SocketServer

 class MyServer(SocketServer.BaseRequestHandler):

     def handle(self):
         # print self.request,self.client_address,self.server
         conn = self.request
         conn.sendall('欢迎致电 10086，请输入1xxx,0转人工服务.')
         Flag = True
         while Flag:
             data = conn.recv(1024)
             if data == 'exit':
                 Flag = False
             elif data == '':
                 conn.sendall('通过可能会被录音.balabala一大推')
             else:
                 conn.sendall('请重新输入.')

 if __name__ == '__main__':
     server = SocketServer.ForkingTCPServer(('127.0.0.1',8009),MyServer)
     server.serve_forever()

服务端

 #!/usr/bin/env python
 # -*- coding:utf-8 -*-

 import socket

 ip_port = ('127.0.0.1',8009)
 sk = socket.socket()
 sk.connect(ip_port)
 sk.settimeout(5)

 while True:
     data = sk.recv(1024)
     print 'receive:',data
     inp = raw_input('please input:')
     sk.sendall(inp)
     if inp == 'exit':
         break

 sk.close()

客户端

以上代码只是将ThreadingTCPServer替换为 ForkingTCPServer：

 server = SocketServer.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8009),MyRequestHandler)

 变更为：

 server = SocketServer.ForkingTCPServer(('127.0.0.1',8009),MyRequestHandler)

SocketServer的ForkingTCPServer之所以可以同时处理请求得益于 select 和 os.fork 两个东西，其实本质上就是在服务器端为每一个客户端创建一个进程，当前新创建的进程用来处理对应客户端的请求，所以，可以支持同时n个客户端链接（长连接）。

 Twisted

Twisted是用Python实现的基于事件驱动的网络引擎框架,其中包含了诸多功能，例如：网络协议、线程、数据库管理、网络操作、电子邮件等。

事件驱动

简而言之，事件驱动分为二个部分：第一，注册事件；第二，触发事件。

自定义事件驱动框架

 #!/usr/bin/env python
 # -*- coding:utf-8 -*-

 # event_drive.py

 event_list = []

 def run():
     for event in event_list:
         obj = event()
         obj.execute()

 class BaseHandler(object):
     """
     用户必须继承该类，从而规范所有类的方法（类似于接口的功能）
     """
     def execute(self):
         raise Exception('you must overwrite execute')

程序员使用Twisted框架:

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-

from source import event_drive

class MyHandler(event_drive.BaseHandler):

    def execute(self):
        print 'event-drive execute MyHandler'

event_drive.event_list.append(MyHandler)
event_drive.run()

如上述代码，事件驱动只不过是框架规定了执行顺序，程序员在使用框架时，可以向原执行顺序中注册“事件”，从而在框架执行时可以出发已注册的“事件”。

基于事件驱动Socket

#!/usr/bin/env python

# -*- coding:utf-8 -*-

from twisted.internet import protocol

from twisted.internet import reactor

class Echo(protocol.Protocol):

    def dataReceived(self, data):

        self.transport.write(data)

def main():

    factory = protocol.ServerFactory()

    factory.protocol = Echo

    reactor.listenTCP(8000,factory)

    reactor.run()

if __name__ == '__main__':

    main()

程序执行流程：

• 运行服务端程序
• 创建Protocol的派生类Echo
• 创建ServerFactory对象，并将Echo类封装到其protocol字段中
• 执行reactor的 listenTCP 方法，内部使用 tcp.Port 创建socket server对象，并将该对象添加到了 reactor的set类型的字段 _read 中
• 执行reactor的 run 方法，内部执行 while 循环，并通过 select 来监视 _read 中文件描述符是否有变化，循环中...
• 客户端请求到达
• 执行reactor的 _doReadOrWrite 方法，其内部通过反射调用 tcp.Port 类的 doRead 方法，内部 accept 客户端连接并创建Server对象实例（用于封装客户端socket信息）和 创建 Echo 对象实例（用于处理请求） ，然后调用 Echo 对象实例的 makeConnection 方法，创建连接。
• 执行 tcp.Server 类的 doRead 方法，读取数据，
• 执行 tcp.Server 类的 _dataReceived 方法，如果读取数据内容为空（关闭链接），否则，出发 Echo 的 dataReceived 方法
• 执行 Echo 的 dataReceived 方法

上述实例本质上使用了事件驱动的方法 和 IO多路复用的机制来进行Socket的处理

 #!/usr/bin/env python
 # -*- coding:utf-8 -*-

 from twisted.internet import reactor, protocol
 from twisted.web.client import getPage
 from twisted.internet import reactor
 import time

 class Echo(protocol.Protocol):

     def dataReceived(self, data):
         deferred1 = getPage('http://cnblogs.com')
         deferred1.addCallback(self.printContents)

         deferred2 = getPage('http://baidu.com')
         deferred2.addCallback(self.printContents)

         for i in range(2):
             time.sleep(1)
             print 'execute ',i

     def execute(self,data):
         self.transport.write(data)

     def printContents(self,content):
         print len(content),content[0:100],time.time()

 def main():

     factory = protocol.ServerFactory()
     factory.protocol = Echo

     reactor.listenTCP(8000,factory)
     reactor.run()

 if __name__ == '__main__':
     main()

 异步IO操作

I/O多路复用操作

参考文档：http://www.cnblogs.com/wupeiqi/articles/5040823.html