Python Socket編程(一)

Python 提供了兩個級別訪問的網絡服務：
1.Socket：低級別的網絡服務支持基本的 Socket，它提供了標準的 BSD Sockets API，可以訪問底層操作系統Socket接口的全部方法。
2.SocketServer：高級別的網絡服務模塊 SocketServer， 它提供了服務器中心類，可以簡化網絡服務器的開發。

今天，我們就來初步瞭解學習一下Socket模塊。

什麼是 Socket?
Socket又稱"套接字"，應用程序通常通過"套接字"向網絡發出請求或者應答網絡請求，使主機間或者一臺計算機上的進程間可以通訊，具體的介紹可以查看百度百科。Socket通信過程如下圖所示：

socket()函數
Python 中，我們用 socket（）函數來創建套接字，語法格式如下：
socket.socket([family[, type[, proto]]])

參數含義：
family: 套接字家族可以使AF_UNIX或者AF_INET
type: 套接字類型可以根據是面向連接的還是非連接分爲SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM
protocol: 一般不填默認爲0.

socket 調用：

socket類型	描述
socket.AF_UNIX	只能夠用於單一的Unix系統進程間通信
socket.AF_INET	服務器之間網絡通信
socket.AF_INET6	IPv6
socket.SOCK_STREAM	流式socket , for TCP
socket.SOCK_DGRAM	數據報式socket , for UDP
socket.SOCK_RAW	原始套接字，普通的套接字無法處理ICMP、IGMP等網絡報文，而SOCK_RAW可以；其次，SOCK_RAW也可以處理特殊的IPv4報文；此外，利用原始套接字，可以通過IP_HDRINCL套接字選項由用戶構造IP頭。
socket.SOCK_SEQPACKET	可靠的連續數據包服務
創建TCP Socket：	s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
創建UDP Socket：	s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

Socket 對象(內建)方法

服務器端套接字

s.bind()       綁定地址（host,port）到套接字， 在AF_INET下,以元組（host,port）的形式表示地址。
s.listen()     開始TCP監聽。backlog指定在拒絕連接之前，操作系統可以掛起的最大連接數量。該值至少 爲1，大部分應用程序設爲5就可以了。
s.accept()    被動接受TCP客戶端連接,(阻塞式)等待連接的到來

客戶端套接字

s.connect()    主動初始化TCP服務器連接，。一般address的格式爲元組（hostname,port），如果連接出錯，返回socket.error錯誤。
s.connect_ex()    connect()函數的擴展版本,出錯時返回出錯碼,而不是拋出異常

公共用途的套接字函數

s.recv()     接收TCP數據，數據以字符串形式返回，bufsize指定要接收的最大數據量。flag提供有關消息的其他信息，通常可以忽略。
s.send()     發送TCP數據，將string中的數據發送到連接的套接字。返回值是要發送的字節數量，該數量可能小於string的字節大小。
s.sendall()    完整發送TCP數據，完整發送TCP數據。將string中的數據發送到連接的套接字，但在返回之前會嘗試發送所有數據。成功返回None，失敗則拋出異常。
s.recvform()    接收UDP數據，與recv()類似，但返回值是（data,address）。其中data是包含接收數據的字符串，address是發送數據的套接字地址。
s.sendto()    發送UDP數據，將數據發送到套接字，address是形式爲（ipaddr，port）的元組，指定遠程地址。返回值是發送的字節數。
s.close()    關閉套接字
s.getpeername()    返回連接套接字的遠程地址。返回值通常是元組（ipaddr,port）。
s.getsockname()    返回套接字自己的地址。通常是一個元組(ipaddr,port)
s.setsockopt(level,optname,value)    設置給定套接字選項的值。
s.getsockopt(level,optname[.buflen])    返回套接字選項的值。
s.settimeout(timeout)    設置套接字操作的超時期，timeout是一個浮點數，單位是秒。值爲None表示沒有超時期。一般，超時期應該在剛創建套接字時設置，因爲它們可能用於連接的操作（如connect()）
s.gettimeout()    返回當前超時期的值，單位是秒，如果沒有設置超時期，則返回None。
s.fileno()    返回套接字的文件描述符。
s.setblocking(flag)    如果flag爲0，則將套接字設爲非阻塞模式，否則將套接字設爲阻塞模式（默認值）。非阻塞模式下，如果調用recv()沒有發現任何數據，或send()調用無法立即發送數據，那麼將引起socket.error異常。
s.makefile()    創建一個與該套接字相關連的文件

實例一：

服務器端：

  socket_server.py

#coding:utf-8

from socket import *
from multiprocessing import Process

myHost='127.0.0.1'
myPort = 50007

socket_obj = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
socket_obj.bind((myHost,myPort))
socket_obj.listen(5)  #5指定在拒絕連接之前，操作系統可以掛起的最大連接數量。該值至少爲1，大部分應用程序設爲5就可以了。

while True:
    connect,address = socket_obj.accept()
    print 'Server connected by: %s' % address
    while True:
        data = connect.recv(1024)
        if not data:
            break
        connect.sendall(data)

    connect.close()

客戶端：

  socket_client.py

from socket import *
import sys,time


serverHost='127.0.0.1'
serverPort=50007

socket_obj = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
socket_obj.connect((serverHost,serverPort))

while True:
    message='This is socket test!'
    socket_obj.send(message)
    data = socket_obj.recv(1024)
    time.sleep(2)
    print 'client received:%s' % data
socket_obj.close()

分別運行服務器端和客戶端，運行結果如下：

[root@iZ256vh2adfZ ~]# python socket_server.py
Server connected by:  ('127.0.0.1', 53241)

[root@iZ256vh2adfZ ~]# python socket_client.py 
client received: This is socket test!
client received: This is socket test!
client received: This is socket test!
client received: This is socket test!
client received: This is socket test!
client received: This is socket test!

從執行結果可以看出，客戶端每隔2秒會向服務器端發送一條消息"This is socket test!",服務器收到消息後回覆給客戶端。

我們在做一個實驗：同時啓動兩個客戶端，你會發現什麼現象呢？你會看到第一個客戶端有返回數據，而第二個客戶端沒有返回數據。這是因爲目前只能有一個客戶端通過socket與服務端進行通信，第二工人客戶端處於阻塞狀態。當你終止第一個客戶端的時候，第二個客戶端就可以接收到數據了。

那麼如何解決這個問題呢？需要socket server利用多想線程的方式處理客戶端的請求和通信。python 多線程模塊可以使用Threading ，multiprocessing等來進行實現。

實例二：多線程socket服務器(multiprocessing)多線程

服務器端：

#!/usr/bin/python
#coding:utf-8

from socket import *
from multiprocessing import Process

myHost='127.0.0.1'
myPort = 50007

socket_obj = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
socket_obj.bind((myHost,myPort))
socket_obj.listen(5)  #5指定在拒絕連接之前，操作系統可以掛起的最大連接數量。該值至少爲1，大部分應用程序設爲5就可以了。



def socketServer(socket_obj):
    while True:
        connect,address = socket_obj.accept()
        print 'Server connected by: ' ,address
        while True:
            data = connect.recv(1024)
            if not data:
                break
            connect.sendall(data)

        connect.close()


if __name__ == '__main__':
    jobs = []
    client_num = 8
    for client in range(client_num):
        p = Process(target=socketServer,args=(socket_obj,))
        jobs.append(p)
        p.start()

客戶端的代碼不做任何修改，測試如下：

[root@iZ256vh2adfZ ~]# python socket_server.py
Server connected by:  ('127.0.0.1', 53241)
Server connected by:  ('127.0.0.1', 53242)


[root@iZ256vh2adfZ ~]# python socket_client.py 
client received: This is socket test!
client received: This is socket test!
client received: This is socket test!
client received: This is socket test!

[root@iZ256vh2adfZ ~]# python socket_client.py 
client received: This is socket test!
client received: This is socket test!
client received: This is socket test!
client received: This is socket test!


[root@iZ256vh2adfZ ~]# ps -ef|grep client
root     18204 16692  0 17:11 pts/2    00:00:00 python socket_client.py
root     18205 16762  0 17:11 pts/3    00:00:00 python socket_client.py
root     18208 16911  0 17:11 pts/4    00:00:00 grep client

服務器端生成了8個線程等待客戶端進行連接，如果客戶端的個數超過8個，則會出現阻塞。