python网络编程

preface

在学习 TCP/IP 协议之前，一直对网络编程很陌生，懂得原理之后再看网络编程的代码就觉得十分熟悉，借这个机会来总结记录一下，socket 编程的一般流程如下图，我们应该要将这些流程都记熟，用的时候按照顺序写代码就行了。很多语言都提供了 socket 的库可以直接调用，这次就用 python 来写写吧。

process

简单的 C/S 连接

python 中网络编程用到 socket 库，直接 import 进来就可以用了，用以下命令创建一个 socket 套接字

s = socket.socket([family[, type[, proto]]])

family 指的是 socket 家族，有几种选择，最常用的是 socket.AF_INET 代表 ipv4

Family	描述
socket.AF_UNIX	只能够用于单一的Unix系统进程间通信
socket.AF_INET	IPv4
socket.AF_INET6	IPv6

type 指的是 socket 的类型，TCP 或者 UDP，TCP 需要连接，UDP 面向无连接，大多数情况下都是建立的 TCP socket，因为它可靠，UDP 速度快，但是用起来不安全，默认的情况也是建立的 TCP socket

socket类型	描述
socket.SOCK_STREAM	流式socket , for TCP
socket.SOCK_DGRAM	数据报式socket , for UDP

建立好 socket 对象了然后就要用到 socket 对象的一些方法来实现通信了，socket 编程一般是实现一个客户端以及服务端，通过套接字让服务器和客户端进行连接，下面是 socket 套接字的一些方法（加粗为常用的方法）

服务器端方法
s.bind()	绑定地址（host,port）到套接字，在AF_INET下,以元组（host,port）的形式表示地址。
s.listen(backlog)	开始监听。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()	被动接受客户端连接,(阻塞式)等待连接的到来，并返回（conn,address）二元元组,其中 conn 是一个通信对象，可以用来接收和发送数据。address 是连接客户端的地址。
客户端方法
s.connect(address)	客户端向服务端发起连接。一般 address 的格式为元组（hostname,port），如果连接出错，返回 socket.error 错误。
公共方法
s.recv(bufsize)	接收数据，数据以 bytes 类型返回，bufsize 指定要接收的最大数据量。
s.send()	发送数据。返回值是要发送的字节数量。
s.sendall()	完整发送数据。将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()	接收 UDP 数据，与 recv() 类似，但返回值是（data,address）。其中 data 是包含接收的数据，address 是发送数据的套接字地址。
s.sendto(data,address)	发送 UDP 数据，将数据 data 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，必须执行。
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。

注意事项

python3 以后，socket 传递的都是 **bytes **类型的数据，字符串需要先转换一下，string.encode() 即可；另一端接收到的 bytes 数据想转换成字符串，只要 bytes.decode() 一下就可以。
在正常通信时，accept() 和 recv() 方法都是阻塞的。所谓的阻塞，指的是程序会暂停在那，一直等到有数据过来，用 s.setblocking(flag) 可以改变阻塞模式
不能够发送空白的消息过去，否则服务器会以为客户端已经断开连接，然后服务器和客户端都卡死在那里

然后我们开始编写一个简单的服务器和客户端，捋一捋基本步骤：

服务端：

创建套接字，绑定套接字到本地IP与端口：socket.socket() , s.bind()
开始监听连接：s.listen()
进入循环，不断接受客户端的连接请求：s.accept()
接收传来的数据，或者发送数据给对方：s.recv() , s.sendall()
传输完毕后，关闭套接字：s.close()

客户端:

创建套接字，连接服务器地址：socket.socket() , s.connect()
连接后发送数据和接收数据：s.sendall(), s.recv()
传输完毕后，关闭套接字：s.close()

server

下面是服务器的代码，将服务器架设在本地，监听 6666 端口号，运行后就阻塞在 s.accept() 处，等待数据到来才会继续往下走：

import socket

HOST = '127.0.0.1'
PORT = 6666

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((HOST, PORT))
s.listen(5)

print('[INFO] server start at : {}:{}'.format(HOST, PORT))
print('[INFO] waiting for connection...')

while True:
    conn, addr = s.accept()
    print('[INFO] connected by {}'.format(addr))

    while True:
        data = conn.recv(1024).decode()
        print('[INFO] reveiced from client: {}'.format(data))
        
        if data == 'q':
            print('[INFO] client qiuted!')
            break

        conn.send('[INFO] server has received your messages'.encode())
    conn.close()

client

这是客户端的代码，比较简单，直接就是连接服务器，首发数据就行了

import socket

HOST = '127.0.0.1'
PORT = 6666

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect((HOST, PORT))

while True:
    cmd = input('Please input your message: ')

    if not cmd:
        print('Not allowed to send empty msg!')
        continue

    s.send(cmd.encode())

    if cmd == 'q':
        print('exit!')
        break

    data = s.recv(1024).decode()
    print(data)

s.close()

附上一张效果图，不过演示的时候我并没有让服务器的 socket 被关闭，这样的话下次客户端还是可以直接连接服务器的

workout

不过这样做的话就有个很关键的问题，那就是我们无法再进行其他的连接了，如果想要两个客户端都连接上服务器并进行数据收发的话，这种模型是做不到的，只能等到一个客户端退出去然后才会对另一个客户端收发信息。改进的方法就是使用多线程，来了一个连接就增加一个线程去处理，然后继续等待其他客户端连接（不过 node.js 做这种事情挺适合的，天生就是异步处理）

多线程版 C/S 连接

server

import socket
import threading

def conn_handler(conn, client):
    client = client[0] + ':' + str(client[1])
    while True:
        data = conn.recv(1024).decode()
        print('[INFO] reveiced from {}: {}'.format(client, data))
        
        if data == 'q':
            print('[INFO] client {} quited!'.format(client))
            break

        conn.send('[INFO] server has received your messages'.encode())
    # conn.close()

HOST = '127.0.0.1'
PORT = 6666

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((HOST, PORT))
s.listen(5)

print('[INFO] server start at : {}:{}'.format(HOST, PORT))
print('[INFO] waiting for connection...')

while True:
    conn, addr = s.accept()
    print('[INFO] connected by {}:{}'.format(addr[0], addr[1]))

    t = threading.Thread(target=conn_handler, args=(conn, addr))
    t.start()

客户端代码和之前一样，不需要改变，这样的话服务器就可以支持多人同时连接了，放个效果图

multi-processing

socket 聊天室

TODO

reference

https://www.liujiangblog.com/course/python/76

https://www.cnblogs.com/Beyond-Ricky/p/8079602.html

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简单的 C/S 连接

注意事项

server

client

多线程版 C/S 连接

server

socket 聊天室

reference

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