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[python]初探socket

1. 什么是 socket？

Socket 中文译作：套接字，但是大家一般约定俗称的都用：socket。我想在解释 socket 是什么之前，先说它是用来干嘛的：socket 是来建立‘通信’的基础，建立连接，传输数据————‘通信端点’。

我的理解：每个 socket 对象就是一个抽象的‘通信对象’，而‘通信对象’做的事情就是发送或者接受信息。就想生活中：每个联网的计算机就是一个 socket 对象，每个打电话的人也是一个 socket 对象。

每个编程语言几乎都现成的 socket 类，为什么？你见过不能上网的计算机吗～有了 socket 类，我们只需要调用这个类就能愉快的进行网络编程了，也就是接下来要说的：python 中的 socket 编程。

2.python 中的 socket 编程

正如上面说的一样，socket 是传输数据的，传输数据是如何传送？要效率还是要准确性？所以 socket 分为两种：面向连接和无连接。

  1. 面向连接：使用的 TCP 协议，就是在传输数据之前，先建立可靠的连接，然后数据以字节流的形式传输。从而保证了数据的可靠、不重复、有序性。因为是字节流，所以没有数据边界，可以把一份数据拆分成多份，这样有利于传输的效率。

  2. 无连接：使用的 UDP 协议，传输数据之前不需要建立连接，数据以报文的形式传输。

总结： 两者的区别在于——是否建立连接；数据传输的形式（报文或者数据流）

TCP Socket

TCP Socket 通信流程图：

下面就是使用 python 语言，编写服务器端的例子：

# coding: utf-8
#  服务器端代码
import socket

print '我是服务端！'
HOST = ''
PORT = 50007
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 创建 TCP socket 对象
s.bind((HOST, PORT))  # 绑定地址
s.listen(1)  # 监听 TCP，1 代表：操作系统可以挂起 (未处理请求时等待状态) 的最大连接数量。该值至少为 1
conn, addr = s.accept()  # 开始被动接受 TCP 客户端的连接。
print '连接的地址', repr(addr)
while 1:
data = conn.recv(1024)  # 接受 TCP 数据，1024 表示缓冲区的大小
if not data: break
print '接收到:', repr(data)
conn.sendall(data)  # 把从客户端接收来的数据完整的，发送给客户端
conn.close()

现在服务器端的 TCP socket 已经开始监听：50007 端口，等待客户端的连接。接下来就是写客户端的 socket，让这两个 soket 连接起来，产生通信。

# coding: utf-8
import socket

print '我是客户端！'
HOST = 'localhost'    # 服务器的 ip
PORT = 50007              # 需要连接的服务器的端口
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect((HOST, PORT))
print "发送'hello world'"
s.sendall('Hello, world')  # 发送‘Hello，world’给服务器
data = s.recv(1024)
s.close()
print '接收到', repr(data)  # 打印从服务器接收回来的数据

让他们跑起来：

  1. python server.py，先运行服务器端的代码
  2. 再开一个终端，python client.py，运行客户端的代码
  3. 结果如下：

UDP Socket

UDP 是无连接，同时发送的是报文，所以和 TCP Socket 有一些不一样的地方，参照下面 socket 的方法和属性表，修改上面的代码就可以了。

1.Socket 类型

套接字格式：
socket(family, type[,protocal]) 使用给定的地址族、套接字类型、协议编号（默认为 0）来创建套接字。

地址族

地址族 描述
socket.AF_UNIX 只能够用于单一的 Unix 系统进程间通信 (本地通信)
socket.AF_INET 服务器之间网络通信
socket.AF_INET6 使用 IPv6 地址，进行通信

套接字类型

套接字类型 描述
socket.SOCK_STREAM 流式 socket，用于 TCP
socket.SOCK_DGRAM 数据报式 socket，用于 UDP

实例

实例 描述
创建 TCP Socket s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
创建 UDP Socket s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

2.Socket 函数

  1. TCP 发送数据时，已建立好 TCP 连接，所以不需要指定地址。UDP 是面向无连接的，每次发送要指定是发给谁。
  2. 服务端与客户端不能直接发送列表，元组，字典。只能传字符串 (repr(data) 或 str(data))。

服务端 socket 函数

服务端 socket 函数 描述
s.bind(address) 将套接字绑定到地址, 在 AF_INET 下, 以元组（host,port）的形式表示地址.
s.listen(backlog) 开始监听 TCP 传入连接。backlog 指定在拒绝连接之前，操作系统可以挂起的最大连接数量。该值至少为 1，大部分应用程序设为 5 就可以了。
s.accept() 接受 TCP 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。

客户端 socket 函数

客户端 socket 函数 描述
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(adddress) 功能与 connect(address) 相同，但是成功返回 0，失败返回 errno 的值。

公共 socket 函数

公共 socket 函数 描述
s.recv(bufsize[,flag]) 接受 TCP 套接字的数据。数据以字符串形式返回，bufsize 指定要接收的最大数据量。flag 提供有关消息的其他信息，通常可以忽略。
s.send(string[,flag]) 发送 TCP 数据。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]) 完整发送 TCP 数据。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.recvfrom(bufsize[.flag]) 接受 UDP 套接字的数据。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。
s.sendto(string[,flag],address) 发送 UDP 数据。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。
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.setsockopt(level,optname,value) 设置给定套接字选项的值。
s.getsockopt(level,optname[.buflen]) 返回套接字选项的值。
s.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 connect()）
s.gettimeout() 返回当前超时期的值，单位是秒，如果没有设置超时期，则返回 None。
s.fileno() 返回套接字的文件描述符。
s.setblocking(flag) 如果 flag 为 0，则将套接字设为非阻塞模式，否则将套接字设为阻塞模式（默认值）。非阻塞模式下，如果调用 recv()没有发现任何数据，或 send() 调用无法立即发送数据，那么将引起 socket.error 异常。
s.makefile() 创建一个与该套接字相关连的文件

TODO

粘包，分包，非阻塞 socket，实现全双工？

参考