python基礎(chǔ)之Socket套接字詳解

前言

Python語(yǔ)言提供了Socket套接字來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。

Python的應(yīng)用程序通常通過(guò)Socket"套接字"向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請(qǐng)求或者應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，使主機(jī)間或者一臺(tái)計(jì)算機(jī)上的進(jìn)程間可以通訊。

服務(wù)器和客戶端的源代碼

服務(wù)器端

#coding=utf-8
#創(chuàng)建TCP服務(wù)器
import socket
import time
from time import ctime

HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8080
BUFSIZE=1024
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  
sock.bind((HOST, PORT))  
sock.listen(5)
addr=(HOST,PORT)
while True:
    print('waiting for connection...')
    sock,addr =sock.accept()
    print('...connected from:',addr)
    while True:
        data =sock.recv(BUFSIZE).decode()
        print('date=',data)
        if not data:
            break
        sock.send(('[%s] %s' %(ctime(),data)).encode())
sock.close()

客戶端

#coding=utf-8
#創(chuàng)建TCP客戶端

import socket

HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8080
BUFSIZE = 1024
ADDR=(HOST,PORT)
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.connect((HOST, PORT)) 

while True:
    data = input('> ')
    if not data:
        break
    sock.send(data.encode())
    data = sock.recv(BUFSIZE).decode()
    if not data:
        break
    print(data)

sock.close()

執(zhí)行結(jié)果顯示：

首先執(zhí)行服務(wù)器端，結(jié)果如圖1：

緊接著執(zhí)行客戶端，如圖2

需要注意的是：服務(wù)器端和客戶端需要在兩個(gè)IDLE Shell中打開，否則客戶機(jī)一啟動(dòng)，服務(wù)器程序就會(huì)中止執(zhí)行，而客戶端又連不上服務(wù)器，從而報(bào)錯(cuò)，如圖3

我們?cè)趫D2中輸入一些需要傳輸?shù)男畔?，然后回車，在服?wù)端可以看到收到了相關(guān)信息，如圖4（客戶端發(fā)送信息），圖5（服務(wù)器端接收信息）

源代碼解析

我們從服務(wù)器端開始看起，先上一部分代碼：

import socket
import time
from time import ctime

這三句是導(dǎo)入了三個(gè)模塊，分別是socket 模塊、time模塊和ctime模塊。

1）socket 模塊當(dāng)中提供了與socket 套接字相關(guān)的各項(xiàng)功能，后面用到了很多，這里先介紹一個(gè)，其他一會(huì)再介紹：
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

功能：創(chuàng)建套接字，并把創(chuàng)建好的套接字賦給一個(gè)變量sock,下面程序中與套接字相關(guān)的操作都由sock來(lái)完成。

格式：socket.socket([family[, type[, proto]]])

參數(shù)：

family: 套接字家族，可以使 AF_UNIX 或者 AF_INET。AF_INET,是指面向網(wǎng)絡(luò)的,因特網(wǎng);AF_UNIX,基于文件的;在本例中，我們使用AF_INET,利用因特網(wǎng)來(lái)進(jìn)行通信。

type: 套接字類型，可以根據(jù)是面向連接的還是非連接分為 SOCK_STREAM 或 SOCK_DGRAM。

SOCK_STREAM：對(duì)應(yīng)著TCP，提供了一個(gè)面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，數(shù)據(jù)無(wú)差錯(cuò)、無(wú)重復(fù)的發(fā)送且按發(fā)送順序接收。內(nèi)設(shè)置流量控制，避免數(shù)據(jù)流淹沒慢的接收方。數(shù)據(jù)被看作是字節(jié)流，無(wú)長(zhǎng)度限制。

SOCK_DGRAM：對(duì)應(yīng)著UDP，提供無(wú)連接服務(wù)。數(shù)據(jù)包以獨(dú)立數(shù)據(jù)包的形式被發(fā)送，不提供無(wú)差錯(cuò)保證，數(shù)據(jù)可能丟失或重復(fù)，順序發(fā)送，可能亂序接收。

本例中選TCP協(xié)議。

protocol: 一般不填默認(rèn)為 0。

2）time模塊，完成python中與時(shí)間相關(guān)的計(jì)算，例如time.sleep(5)延時(shí)5秒，time time() 返回當(dāng)前時(shí)間的時(shí)間戳等等。
下面的ctime也是其中一個(gè)功能，函數(shù)把一個(gè)時(shí)間戳（按秒計(jì)算的浮點(diǎn)數(shù)）轉(zhuǎn)化為time.asctime()的形式，可以便于我們觀察。轉(zhuǎn)換以后的格式如下：

print “time.ctime() : %s” % time.ctime()

結(jié)果：time.ctime() : Tue Feb 17 10:00:18 2013

在我們的例子中，圖4的圈2所表示的就是轉(zhuǎn)換后的時(shí)間。

HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8080
BUFSIZE=1024
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  
sock.bind((HOST, PORT))  
sock.listen(5)
addr=(HOST,PORT)

看完頭部之后，我們來(lái)看第二部分。

前三句定義了三個(gè)變量：HOST、PORT、BUFSIZE，這三個(gè)變量分別是服務(wù)器的IP地址，服務(wù)器的端口，接收的最大數(shù)據(jù)量。

第四句sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) 定義了socket 套接字。

第五句sock.bind((HOST, PORT))，將IP地址和端口綁定給定義的套接字sock。

第六句sock.listen(5)，開始 TCP 監(jiān)聽。中間的5表示在拒絕連接之前，操作系統(tǒng)可以掛起的最大連接數(shù)量。該值至少為 1，大部分應(yīng)用程序設(shè)為 5 就可以了。

第七句addr=(HOST,PORT)，定義了一個(gè)變量addr,并且將地址以元組的形式賦值給addr。

while True:
    print('waiting for connection...')
    sock,addr =sock.accept()
    print('...connected from:',addr)
    while True:
        data =sock.recv(BUFSIZE).decode()
        print('date=',data)
        if not data:
            break
        sock.send(('[%s] %s' %(ctime(),data)).encode())
        sock.close()
sock.close()

這是服務(wù)器代碼的最后一部分，也是通信的主體，首先進(jìn)入一個(gè)while True:的永真循環(huán)，進(jìn)入之后執(zhí)行print(‘waiting for connection…')，這就是圖1上藍(lán)色字所表示的一部分。

第三行執(zhí)行sock,addr =sock.accept()，sock.accept()是被動(dòng)接受TCP客戶端連接,(阻塞式)等待連接的到來(lái)，當(dāng)客戶機(jī)啟動(dòng)提交請(qǐng)求后，服務(wù)器接受請(qǐng)求，并將客戶端的IP地址等信息存入變量addr中。

第四行執(zhí)行print('…connected from:',addr)，所以輸入字符串…connected from:以及客戶端傳來(lái)的IP地址和端口。

以上服務(wù)器和客戶端的通信就連接起來(lái)了。

下面開始傳送數(shù)據(jù)，又進(jìn)入一個(gè)永真循環(huán)，代碼：

  while True:
        data =sock.recv(BUFSIZE).decode()
        print('date=',data)
        if not data:
            break
        sock.send(('[%s] %s' %(ctime(),data)).encode())
        sock.close()

第二行：data =sock.recv(BUFSIZE).decode()。

sock.recv（）表示接收 TCP 數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以字符串形式返回，BUFSIZE指定要接收的最大數(shù)據(jù)量。

decode() 將其他編碼的字符串解碼成unicode格式。

這里要說(shuō)明一下,上圖:

字符串在python內(nèi)部是用unicode編碼來(lái)表示，而在硬盤是utf-8格式。所以在存儲(chǔ)和使用時(shí)要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換的方式:

decode 將其他編碼的字符串(例如utf-8)解碼成unicode格式。

encode 將unicode編碼成另一種編碼格式(例如utf-8)。

當(dāng)然decode和encode 不止可以轉(zhuǎn)換utf-8類型,轉(zhuǎn)換的類型可以通過(guò) encoding 來(lái)指定,不過(guò)我們常用的就是這個(gè)。

總結(jié)一下,data =sock.recv(BUFSIZE).decode()執(zhí)行結(jié)束就表示把客戶端的數(shù)據(jù)接收過(guò)來(lái)存放到了data這個(gè)變量中。

下面進(jìn)行第三行print(‘date=',data),打印數(shù)據(jù),結(jié)果就是圖5中的圈3所表示的。

第四行及第五行: 如果沒有接收到數(shù)據(jù),則跳出循環(huán),繼續(xù)監(jiān)聽。

if not data:
break

第六行 sock.send(('[%s] %s' %(ctime(),data)).encode()),向客戶端發(fā)送轉(zhuǎn)換格式(encode)后的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)包括兩部分,第一部分是ctime(),表示以字符串形式表示的時(shí)間,data表示變量中存的信息.前面還有一部分'[%s] %s'中的%s格式化字符串,形成需要的輸出格式。

最后一句sock.close(),關(guān)閉套接字。

這樣服務(wù)器端就完成了。我們?cè)賮?lái)看客戶端。

import socket

HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8080
BUFSIZE = 1024
ADDR=(HOST,PORT)
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.connect((HOST, PORT)) 

這部只解釋幾句，HOST = ‘127.0.0.1' ，PORT = 8080，這兩句是服務(wù)器端的IP地址和端口號(hào)。

sock.connect((HOST, PORT)) 這一句是利用創(chuàng)建好的socket套接字主動(dòng)初始化TCP服務(wù)器連接，就是向服務(wù)器提出申請(qǐng)，服務(wù)器端用sock.accept()接受請(qǐng)求。

這一句執(zhí)行完之后，通信就建立起來(lái)了，在服務(wù)器端會(huì)執(zhí)行print('…connected from:',addr)，結(jié)果如圖5圈2所示。

while True:
    data = input('> ')
    if not data:
        break
    sock.send(data.encode())
    data = sock.recv(BUFSIZE).decode()
    if not data:
        break
    print(data)
sock.close()

接下來(lái)進(jìn)入永真循環(huán)，先是input函數(shù)，輸出> 后等待輸入，如圖2所示。例如輸入hi，server,如圖4的圈1，然后后兩句是

if not data:
break

如果沒有輸入，則跳出循環(huán)。

第五行sock.send(data.encode())，將輸入的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式后將數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器端，這時(shí)把hi，server發(fā)送給服務(wù)器端，服務(wù)器用data =sock.recv(BUFSIZE).decode()來(lái)接收，同時(shí)用print(‘date=',data)打印出來(lái)，結(jié)果如5的圈3所示。

這時(shí)，服務(wù)器會(huì)繼續(xù)執(zhí)行sock.send(('[%s] %s' %(ctime(),data)).encode())，把當(dāng)前的時(shí)間和數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端。

而在客戶端，執(zhí)行data = sock.recv(BUFSIZ).decode()，所以客戶端會(huì)接收到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并且打印出來(lái)，結(jié)果如圖4的圈2所示。

以上就是Socket套接字的TCP通信。

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