python的socket通信实例

一、socket简介

1. 套接字

套接字是为特定网络协议(例如TCP/IP，ICMP/IP，UDP/IP等)套件对上的网络应用程序提供者提供当前可移植标准的对象。

它们允许程序接受并进行连接，如发送和接受数据。为了建立通信通道，网络通信的每个端点拥有一个套接字对象极为重要。

套接字为BSD UNIX系统核心的一部分，而且他们也被许多其他类似UNIX的操作系统包括Linux所采纳。

许多非BSD UNIX系统（如ms-dos，windows，os/2，mac os及大部分主机环境）都以库形式提供对套接字的支持。

三种最流行的套接字类型是:stream,datagram和raw。

stream和datagram套接字可以直接与TCP协议进行接口，

raw套接字则接口到IP协议。

但套接字并不限于TCP/IP。

2、套接字模块

套接字模块是一个非常简单的基于对象的接口，它提供对低层BSD套接字样式网络的访问。

使用该模块可以实现客户机和服务器套接字。

要在python 中建立具有TCP和流套接字的简单服务器，需要使用socket模块。

利用该模块包含的函数和类定义，可生成通过网络通信的程序。

3. 一般来说，建立服务器连接需要六个步骤。

第1步: 创建socket对象。

调用socket构造函数。

socket=socket.socket(familly,type)

family的值可以是AF_UNIX(Unix域，用于同一台机器上的进程间通讯)，也可以是AF_INET（对于IPV4协议的TCP和 UDP），

至于type参数，SOCK_STREAM（流套接字）或者 SOCK_DGRAM（数据报文套接字）,SOCK_RAW（raw套接字）。

第2步: 是将socket绑定（指派）到指定地址上，socket.bind(address)

address必须是一个双元素元组,((host,port)),主机名或者ip地址+端口号。

如果端口号正在被使用或者保留，或者主机名或ip地址错误，则引发socke.error异常。

第3步: 绑定后，必须准备好套接字，以便接受连接请求。

socket.listen(backlog)

backlog指定了最多连接数，至少为1，接到连接请求后，这些请求必须排队，如果队列已满，则拒绝请求。

第4步: 服务器套接字通过socket的accept方法等待客户请求一个连接：

connection,address=socket.accept()

调用accept方法时，socket会进入'waiting'（或阻塞）状态。客户请求连接时，方法建立连接并返回服务器。

accept方法返回一个含有俩个元素的元组，形如(connection,address)。

第一个元素（connection）是新的socket对象，服务器通过它与客户通信；

第二个元素（address）是客户的internet地址。

第5步: 处理阶段，

服务器和客户通过send和recv方法通信（传输数据）。

服务器调用send，并采用字符串形式向客户发送信息。send方法返回已发送的字符个数。

服务器使用recv方法从客户接受信息。调用recv时，必须指定一个整数来控制本次调用所接受的最大数据量。

recv方法在接受数据时会进入'blocket'状态，最后返回一个字符串，用它来表示收到的数据。

如果发送的量超过recv所允许，数据会被截断。

多余的数据将缓冲于接受端。以后调用recv时，多余的数据会从缓冲区删除。

第6步: 传输结束，

服务器调用socket的close方法以关闭连接。

4. 建立一个简单客户连接则需要4个步骤。

第1步，创建一个socket以连接服务器 socket=socket.socket(family,type)

第2步，使用socket的connect方法连接服务器 socket.connect((host,port))

第3步，客户和服务器通过send和recv方法通信。

第4步，结束后，客户通过调用socket的close方法来关闭连接。

5. python 编写server的步骤：

第一步是创建socket对象。调用socket构造函数。如：

socket = socket.socket( family, type )

family参数代表地址家族，可为AF_INET或AF_UNIX。

AF_INET家族包括Internet地址，AF_UNIX家族用于同一台机器上的进程间通信。

type参数代表套接字类型，可为SOCK_STREAM(流套接字)和SOCK_DGRAM(数据报套接字)。

第二步是将socket绑定到指定地址。这是通过socket对象的bind方法来实现的：

socket.bind( address )

由AF_INET所创建的套接字，address地址必须是一个双元素元组，格式是(host,port)。

host代表主机，port代表端口号。

如果端口号正在使用、主机名不正确或端口已被保留，bind方法将引发socket.error异常。

第三步是使用socket套接字的listen方法接收连接请求。

socket.listen( backlog )

backlog指定最多允许多少个客户连接到服务器。它的值至少为1。

收到连接请求后，这些请求需要排队，如果队列满，就拒绝请求。

第四步是服务器套接字通过socket的accept方法等待客户请求一个连接。

connection, address = socket.accept()

调 用accept方法时，socket会时入“waiting”状态。客户请求连接时，方法建立连接并返回服务器。

accept方法返回一个含有两个元素的 元组(connection,address)。

第一个元素connection是新的socket对象，服务器必须通过它与客户通信；

第二个元素 address是客户的Internet地址。

第五步是处理阶段，服务器和客户端通过send和recv方法通信(传输 数据)。

服务器调用send，并采用字符串形式向客户发送信息。send方法返回已发送的字符个数。服务器使用recv方法从客户接收信息。

调用recv 时，服务器必须指定一个整数，它对应于可通过本次方法调用来接收的最大数据量。

recv方法在接收数据时会进入“blocked”状态，最后返回一个字符 串，用它表示收到的数据。

如果发送的数据量超过了recv所允许的，数据会被截短。多余的数据将缓冲于接收端。

以后调用recv时，多余的数据会从缓冲区 删除(以及自上次调用recv以来，客户可能发送的其它任何数据)。

传输结束，服务器调用socket的close方法关闭连接。

6.python编写client的步骤：

创建一个socket以连接服务器：

socket = socket.socket( family, type )

使用socket的connect方法连接服务器。对于AF_INET家族,连接格式如下：

socket.connect( (host,port) )

host代表服务器主机名或IP，port代表服务器进程所绑定的端口号。

如连接成功，客户就可通过套接字与服务器通信，如果连接失败，会引发socket.error异常。

处理阶段，客户和服务器将通过send方法和recv方法通信。

传输结束，客户通过调用socket的close方法关闭连接。

二、socket通信的简单的例子

1. TCP server端代码

#!/usr/bin/env python

#

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

#

from socket import *

from time import ctime

HOST = ''

PORT = 21567

BUFSIZE=1024

ADDR=(HOST, PORT)

tcpSrvSock=socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

tcpSrvSock.bind(ADDR)

tcpSrvSock.listen(5)

while True:

print 'waiting for connection ...'

tcpCliSock,addr = tcpSrvSock.accept()

print '... connected from:', addr

while True:

data=tcpCliSock.recv(BUFSIZE)

if not data:

break

tcpCliSock.send('[%s] %s'%(ctime(), data))

print [ctime()],':',data

tcpCliSock.close()

tcpSrvSock.close()

2. TCP client端代码

#!/usr/bin/env python

#

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

#

from socket import *

HOST='localhost'

PORT=21567

BUFSIZE=1024

ADDR=(HOST, PORT)

tcpCliSock=socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

tcpCliSock.connect(ADDR)

while True:

data = raw_input('>')

if not data:

break

tcpCliSock.send(data)

data=tcpCliSock.recv(BUFSIZE)

if not data:

break

print data

tcpCliSock.close()

三、使用SocketServer模块实现TCP和UDP通信

SocketServer模块简化了网络服务器的开发。

它提供了四个基本的服务器类:

TCPServer : 用于TCP协议，它提供客户端与服务端之间连续的数据流通信；

UDPServer : 用于UDP协议，它的数据封装包是无序的，且有可能会在传输中丢失；

UnixStreamServer和UnixDatagramServer: 它们不经常用；

这四个类处理同步请求，即只有当当前请求处理完成后，才能开始处理下一个请求。

如果每个请求的处理需要很长时间才能完成，这种方式就不是很适合。

因为它要求大量的计算，或因为它返回了大量的数据导致客户端处理很慢。

解决办法是创建一个独立的进程或线程来处理每个请求，

使用 ForkingMixIn和ThreadingMixIn mix-in类能实现异步方式；

创建一个服务器有以下几个步骤，

首先，创建一个BaseRequestHandler类的子类，并重写handle()方法，这个方法将处理输入的请求。

然后，必须实例一个服务器类，并定义它的服务器地址和请求处理类；

最后，调用这个服务器对象的request()或 serve_forever() 方法来处理一个或多个请求。

当继承了ThreadingMixIn来线程化处理连接行为时，需要明确定义你的线程在遇到异常关闭的处理行为。

ThreadingMixIn类定义了一个属性 daemon_threads, 它用来指示服务器是否要等线程线束。

如果你希望线程行为自动处理，你需要显示设置这个标志。

它的默认值是 False,意思是在由ThreadingMinIn创建的线程未退出前，主线程不会退出。

1. TCP通信

Server端

#!/usr/bin/env python

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

#

import SocketServer

class MyTCPHandler(SocketServer.BaseRequestHandler):

"""

The RequestHandler class for our server.

It is instantiated once per connection to the server, and must

override the handle() method to implement communication to the

client.

"""

def handle(self):

# self.request is the TCP socket connected to the client

self.data = self.request.recv(1024).strip()

print "{} wrote:".format(self.client_address[0])

print self.data

# just send back the same data, but upper-cased

self.request.sendall(self.data.upper())

if __name__ == "__main__":

HOST, PORT = "localhost", 21577

# Create the server, binding to localhost on port 21577

SocketServer.TCPServer.allow_reuse_address = True

server = SocketServer.TCPServer((HOST, PORT), MyTCPHandler)

print " .... waiting for connection"

# Activate the server; this will keep running until you

# interrupt the program with Ctrl-C

server.serve_forever()

Client端

#!/usr/bin/env python

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

#

from socket import *

HOST = 'localhost'

PORT = 21577

BUFSIZE=1024

ADDR = (HOST, PORT)

while True:

tcpCliSock=socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

tcpCliSock.connect(ADDR)

data=raw_input('>')

if not data:

break

tcpCliSock.send('%s\r\n' % data)

data=tcpCliSock.recv(BUFSIZE)

if not data:

break

print data.strip()

tcpCliSock.close()

运行示例：

Server

$ python TCPServer.py

127.0.0.1 wrote:

hello world with TCP

127.0.0.1 wrote:

python is nice

CLIENT:

$ python TCPClient.py hello world with TCP

Sent: hello world with TCP

Received: HELLO WORLD WITH TCP

$ python TCPClient.py python is nice

Sent: python is nice

Received: PYTHON IS NICE

2. UDP通信

SERVER端

import SocketServer

class MyUDPHandler(SocketServer.BaseRequestHandler):

"""

This class works similar to the TCP handler class, except that

self.request consists of a pair of data and client socket, and since

there is no connection the client address must be given explicitly

when sending data back via sendto().

"""

def handle(self):

data = self.request[0].strip()

socket = self.request[1]

print "{} wrote:".format(self.client_address[0])

print data

socket.sendto(data.upper(), self.client_address)

if __name__ == "__main__":

HOST, PORT = "localhost", 9999

server = SocketServer.UDPServer((HOST, PORT), MyUDPHandler)

server.serve_forever()

CLIENT端：

import socket

import sys

HOST, PORT = "localhost", 9999

data = " ".join(sys.argv[1:])

# SOCK_DGRAM is the socket type to use for UDP sockets

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

# As you can see, there is no connect() call; UDP has no connections.

# Instead, data is directly sent to the recipient via sendto().

sock.sendto(data + "\n", (HOST, PORT))

received = sock.recv(1024)

print "Sent: {}".format(data)

print "Received: {}".format(received)

四、 使用SocketServer处理多连接

上面的例子一次只能连接一个客户机并出力它的请求，

如果要处理多连接问题，那么有三种主要的方法能实现这个目的：

分叉(forking)、

线程(threading)以及

异步I/O(asynchronous I/O)。

通过对SocketServer服务器使用混入类(mix-in class)，派生进程和线程很容易处理。

即使要自己实现它们，这些方法也很容易使用。

它们确实有缺点：

分叉占据资源，并且如果有太多的客户端时分叉不能很好分叉

（尽管如此，对于合理数量的客户端，分叉在现代的UNIX或者Linux系统中是很高效的，如果有一个多CPU系统，那系统效率会更高）；

线程处理能导致同步问题。

使用SocketServer框架创建分叉或者线程服务器非常简单：

1. 分叉SocketServer服务器：

#!/usr/bin/env python

from SocketServer import (TCPServer as TCP,

StreamRequestHandler as SRH,

ForkingMixIn as FMI)

from time import ctime

HOST = ''

PORT = 12346

ADDR = (HOST, PORT)

class Server(FMI, TCP):

pass

class MyRequestHandler(SRH):

def handle(self):

print '...connected from:', self.client_address

self.wfile.write('[%s] %s' % (ctime(), self.rfile.readline()))

tcpServ = Server(ADDR, MyRequestHandler)

print 'waiting for connection...'

tcpServ.serve_forever()

2. 多线程SocketServer服务器：

#!/usr/bin/env python

from SocketServer import (TCPServer as TCP,

StreamRequestHandler as SRH,

ThreadingMixIn as TMI)

from time import ctime

HOST = ''

PORT = 12346

ADDR = (HOST, PORT)

class Server(TMI, TCP):

pass

class MyRequestHandler(SRH):

def handle(self):

print '...connected from:', self.client_address

self.wfile.write('[%s] %s' % (ctime(), self.rfile.readline()))

tcpServ = Server(ADDR, MyRequestHandler)

print 'waiting for connection...'

tcpServ.serve_forever()

3. 异步的SocketServer服务器

import socket

import threading

import SocketServer

class ThreadedTCPRequestHandler(SocketServer.BaseRequestHandler):

def handle(self):

data = self.request.recv(1024)

cur_thread = threading.current_thread()

response = "{}: {}".format(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: {}".format(response)

finally:

sock.close()

if __name__ == "__main__":

# Port 0 means to select an arbitrary unused port

HOST, PORT = "localhost", 0

server = ThreadedTCPServer((HOST, PORT), ThreadedTCPRequestHandler)

ip, port = server.server_address

# Start a thread with the server -- that thread will then start one

# more thread for each request

server_thread = threading.Thread(target=server.serve_forever)

# Exit the server thread when the main thread terminates

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()

输出示例:

$ python ThreadedTCPServer.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