Python Socket編程詳解

背景

關(guān)于Python Socket編程，首先需要了解幾個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)，通過以下的幾個(gè)問題，有助于更好的理解Socket編程的意義，以及整個(gè)框架方面的知識(shí)：

TCP和UDP協(xié)議本質(zhì)上的區(qū)別？

TCP協(xié)議，面向連接，可靠，基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議；UDP協(xié)議無連接，不可靠，基于數(shù)據(jù)包的傳輸層協(xié)議。

TCP協(xié)議在建立連接的過程需要經(jīng)歷三次握手，斷開連接則需要經(jīng)歷四次揮手，而這建立連接的過程增加了傳輸過程中的安全性。
而建立連接的過程則會(huì)消耗系統(tǒng)的資源，消耗更多的時(shí)間，而相比較UDP協(xié)議傳輸過程則不會(huì)出現(xiàn)這種問題。

總結(jié)來講，基于TCP協(xié)議傳輸，需要不斷的確認(rèn)對(duì)方是否收到信息，從而建立連接（確認(rèn)過程次數(shù)有限制，即三次握手），UDP協(xié)議傳輸則
不需要確認(rèn)接收端是否收到信息，只需要將信息發(fā)給對(duì)方。

TCP/IP協(xié)議棧、HTTP協(xié)議、Socket之間的區(qū)別和聯(lián)系？

TCP/IP協(xié)議棧就是一系列網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以分為四層模型來分析：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層；

HTTP協(xié)議（超文本傳輸協(xié)議）就是在這一協(xié)議棧中的應(yīng)用層協(xié)議；HTTP協(xié)議簡(jiǎn)單來說，它的作用就是規(guī)范數(shù)據(jù)的格式，讓程序能夠方便的識(shí)別，并且收發(fā)雙方都需要遵循同樣的協(xié)議格式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。(應(yīng)用層的協(xié)議也和HTTP協(xié)議的作用類似，不一樣的是定義不同的數(shù)據(jù)格式。)

Socket可以理解為TCP/IP協(xié)議棧提供的對(duì)外的操作接口，即應(yīng)用層通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行通信的接口。Socket可以使用不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行端對(duì)端的通信；

TCP Socket服務(wù)器的通信過程？

Server端：

建立連接（socket()函數(shù)創(chuàng)建socket描述符、bind()函數(shù)綁定特定的監(jiān)聽地址（ip+port)、listen()函數(shù)監(jiān)聽socket、accept()阻塞等待客戶端連接）

數(shù)據(jù)交互（read()函數(shù)阻塞等待客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)、write()函數(shù)發(fā)送給客戶端數(shù)據(jù)）

Client端：

建立連接（socket()函數(shù)創(chuàng)建socket描述符、connect()函數(shù)向指定的監(jiān)聽地址發(fā)送連接請(qǐng)求）

數(shù)據(jù)交互（wirte()函數(shù)發(fā)送服務(wù)端數(shù)據(jù)、read()函數(shù)足阻塞等待接受服務(wù)端發(fā)送的數(shù)據(jù)）

socket和websocket之間的聯(lián)系？

webosocket是一種通信協(xié)議，不同于HTTP請(qǐng)求，客戶端請(qǐng)求服務(wù)端資源，服務(wù)端響應(yīng)的通信過程；websocket允許服務(wù)端主動(dòng)
向客戶端推送消息，同時(shí)做到客戶端和服務(wù)端雙向通訊的協(xié)議。（具體底層原理有待后面實(shí)踐，暫時(shí)未接觸）

HTTP,WSGI協(xié)議的聯(lián)系和區(qū)別？

HTTP協(xié)議（超文本傳輸協(xié)議），屬于TCP/IP協(xié)議棧中應(yīng)用層的協(xié)議。用于規(guī)范傳輸數(shù)據(jù)的格式，是一種客戶端和服務(wù)端傳輸?shù)囊?guī)則。

WSGI協(xié)議則是Python定義的Web服務(wù)器和框架程序通信的接口規(guī)則。兩者聯(lián)系不大，強(qiáng)行說的話，Python框架程序主要處理的是HTTP請(qǐng)求。

（后期可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)WSGI協(xié)議的Python框架，用于處理HTTP請(qǐng)求的實(shí)驗(yàn)。）

主流Web框架，異步Web框架？

主流Web框架：Django、Flask

異步Web框架：Tornado（內(nèi)置異步模塊）、Snaic（Python自帶asyncio)、FastAPI（基于Starlette庫(kù)） 、aiohttp（基于asyncio）

asyncio，aiohttp之間的聯(lián)系？（異步編程）

asyncio是一個(gè)異步IO庫(kù)，aiohttp就是基于asyncio的異步HTTP框架（支持客戶端/服務(wù)端）

代碼設(shè)計(jì)

Python提供了基本的socket模塊：

1. socket模塊；提供了標(biāo)準(zhǔn)的BSD Sockets API；
2. socketserver模塊：提供了服務(wù)器中心類，簡(jiǎn)化服務(wù)器的開發(fā)；
   

TCP Socket服務(wù)端

socket模塊：

# -*- coding: utf-8 -*-
from socket import socket, AF_INET, SOCK_STREAM

def echo_handler(sock ,address):
	print("Get Connection from address:", address)

	while True:
		response = sock.recv(8192)
		if not response:
			break
		print(f"Got {response}")
		sock.sendall(response)

def echo_server(address, back_log=5):
	sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
	sock.bind(address)
	sock.listen(back_log)

	while True:
		sock_client, address = sock.accept()
		echo_handler(sock_client, address)

if __name__ == "__main__":
	echo_server(('localhost', 5000))

代碼詳解：

• 創(chuàng)建一個(gè)基于IPV4和TCP協(xié)議的Socket，這里AF_INET指的是使用IPV4協(xié)議，SOCK_STREAM指定使用面向流的TCP協(xié)議，綁定監(jiān)聽端口，設(shè)置等待連接的最大數(shù)量
• 創(chuàng)建一個(gè)永久循環(huán)，獲取客戶端請(qǐng)求的連接，accept()會(huì)等待并返回一個(gè)客戶端的連接；
• 連接建立后，等待客戶端數(shù)據(jù)，接受完客戶端數(shù)據(jù)，然后返回?cái)?shù)據(jù)給客戶端，最后關(guān)閉連接

存在的問題：當(dāng)出現(xiàn)多個(gè)客戶端請(qǐng)求時(shí)，由于是單個(gè)線程會(huì)發(fā)生阻塞的情況，所以如果需要多線程處理多個(gè)客戶端請(qǐng)求，可以這樣改；

from threading import Thread

while True:
        client_sock, address = sock.accept()
        thread = Thread(target=echo_handler, args=(client_sock, address))
        thread.start()

這樣的話，就會(huì)在每個(gè)客戶端請(qǐng)求的時(shí)候，生成一個(gè)子線程然后處理請(qǐng)求；
（但是存在一個(gè)問題：當(dāng)突然大量請(qǐng)求連接，消耗系統(tǒng)資源達(dá)到上限后，很可能造成程序無法處理后續(xù)請(qǐng)求。）

socketserver模塊：

from socketserver import BaseRequestHandler, TCPServer

class EchoHandler(BaseRequestHandler):
    def handle(self):
        print("Got Connection From: %s" % str(self.client_address))
        while True:
            msg = self.request.recv(8192)
            if not msg:
                break
            self.request.send(msg)

if __name__ == "__main__":
    server = TCPServer(("", 5000), EchoHandler)
    server.serve_forever()

from socketserver import StreamRequestHandler, TCPServer, ThreadingTCPServer
import time

class EchoHandler(StreamRequestHandler):
    def handle(self):
        print("Got Connection Address: %s" % str(self.client_address))
        for line in self.rfile:
            print(line)
            self.wfile.write(bytes("hello {}".format(line.decode('utf-8')).encode('utf-8')))

if __name__ == "__main__":
    serv = ThreadingTCPServer(("", 5000), EchoHandler)
    serv.serve_forever()

代碼詳解：

• 處理多個(gè)客戶端，初始化一個(gè)ThreadingTCPServer實(shí)例；
• 設(shè)置綁定的IP地址和端口，以及處理類；
• 使用StreamRequestHandler（使用流的請(qǐng)求處理程序類，類似file-like對(duì)象，提供標(biāo)準(zhǔn)文件接口簡(jiǎn)化通信過程），重寫里面的handle方法，獲取請(qǐng)求數(shù)據(jù)，返回?cái)?shù)據(jù)給客戶端；
  

TCP Socket客戶端

socket模塊：

# -*- coding: utf-8 -*-
from socket import socket, AF_INET, SOCK_STREAM
import time

def request_handler():
	start_time = time.time()
	sock_client = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
	sock_client.connect(('localhost', 5000))
	
	book_content = ""
	with open("send_books.txt", "r") as f:
		book_content = f.read()
	
	content_list = book_content.split("\n")
	for content in content_list:
		if content:
			sock_client.send((content).encode())
			time.sleep(2)
			response = sock_client.recv(8192)
			print(response)

	end_time = time.time()
	print("總共耗時(shí):", end_time-start_time)

		

if __name__ == "__main__":
	request_handler()

UDP Socket

Socket模塊：

from socket import socket, AF_INET, SOCK_DGRAM
import time

def time_server(address):
    sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
    sock.bind(address)

    while True:
        msg, addr = sock.recvfrom(8192)
        print('Get message from', addr)
        resp = time.ctime()
        sock.sendto(resp.encode('ascii'), addr)

if __name__ == "__main__":
    time_server(('', 5000))

代碼不詳解，和之前的差不多，注意不同的協(xié)議就完事了

客戶端測(cè)試：

from socket import socket, AF_INET, SOCK_DGRAM

if __name__ == "__main__":
    s = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
    s.sendto(b'hello', ('localhost', 5000))
    text = s.recvfrom(8192)
    print(text)

socketserver模塊：

from socketserver import BaseRequestHandler, UDPServer
import time


class TimeHandler(BaseRequestHandler):
    def handle(self):
        print("Got Connection %s".format(str(self.client_address)))
        data = self.request[0]
        print(data)
        msg, sock = self.request
        print(msg)
        data = time.ctime()
        sock.sendto(data.encode('ascii'), self.client_address)

if __name__ == "__main__":
    u = UDPServer(("localhost", 9999), TimeHandler)
    u.serve_forever()

代碼不在贅述，如果需要多線程處理并發(fā)操作可以使用ThreadingUDPServer

總結(jié)

關(guān)于本篇介紹Python Socket編程，大都是皮毛，只是談到了Python實(shí)際處理socket的幾個(gè)模塊，
關(guān)于socket底層方面的知識(shí)并未提及，先了解個(gè)大概，從實(shí)際使用方面出發(fā)，在實(shí)際使用過程中結(jié)合
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，能夠?qū)ocket在整個(gè)TCP/IP協(xié)議棧中的作用。

socket和socketserver模塊都可以用來編寫網(wǎng)絡(luò)程序，不同的是socketserver省事很多，你可以專注
業(yè)務(wù)邏輯，不用去理會(huì)socket的各種細(xì)節(jié)，包括不限于多線程/多進(jìn)程，接收數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)，通信過程。

以上就是Python Socket編程詳解的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Python Socket編程的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！