python基础学习-socket套接字的应用

一、socket套接字

1、socket是什么

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

所以，我们无需深入理解tcp/udp协议，socket已经为我们封装好了，我们只需要遵循socket的规定去编程，写出的程序自然就是遵循tcp/udp标准的。

也有人将socket说成ip+port，ip是用来标识互联网中的一台主机的位置，而port是用来标识这台机器上的一个应用程序，ip地址是配置到网卡上的，而port是应用程序开启的，ip与port的绑定就标识了互联网中独一无二的一个应用程序

而程序的pid是同一台机器上不同进程或者线程的标识

2、套接字工作流程

一个生活中的场景。你要打电话给一个朋友，先拨号，朋友听到电话铃声后提起电话，这时你和你的朋友就建立起了连接，就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。 生活中的场景就解释了这工作原理。

先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束

socket()模块函数用法

import socket
socket.socket(socket_family,socket_type,protocal=0)
socket_family 可以是 AF_UNIX 或 AF_INET。socket_type 可以是 SOCK_STREAM 或 SOCK_DGRAM。protocol 一般不填,默认值为 0。

获取tcp/ip套接字
tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

获取udp/ip套接字
udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

由于 socket 模块中有太多的属性。我们在这里破例使用了'from module import *'语句。使用 'from socket import *',我们就把 socket 模块里的所有属性都带到我们的命名空间里了,这样能 大幅减短我们的代码。
例如tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

服务端套接字函数
s.bind()    绑定(主机,端口号)到套接字
s.listen()  开始TCP监听
s.accept()  被动接受TCP客户的连接,(阻塞式)等待连接的到来

客户端套接字函数
s.connect()     主动初始化TCP服务器连接
s.connect_ex()  connect()函数的扩展版本,出错时返回出错码,而不是抛出异常

公共用途的套接字函数
s.recv()            接收TCP数据
s.send()            发送TCP数据(send在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据丢失,不会发完)
s.sendall()         发送完整的TCP数据(本质就是循环调用send,sendall在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据不丢失,循环调用send直到发完)
s.recvfrom()        接收UDP数据
s.sendto()          发送UDP数据
s.getpeername()     连接到当前套接字的远端的地址
s.getsockname()     当前套接字的地址
s.getsockopt()      返回指定套接字的参数
s.setsockopt()      设置指定套接字的参数
s.close()           关闭套接字

面向锁的套接字方法
s.setblocking()     设置套接字的阻塞与非阻塞模式
s.settimeout()      设置阻塞套接字操作的超时时间
s.gettimeout()      得到阻塞套接字操作的超时时间

面向文件的套接字的函数
s.fileno()          套接字的文件描述符
s.makefile()        创建一个与该套接字相关的文件

3、举例应用

1：用打电话的流程快速描述socket通信

2：服务端和客户端加上基于一次链接的循环通信

3：客户端发送空，卡主，证明是从哪个位置卡的

4.演示客户端断开链接，服务端的情况，提供解决方法

5.演示服务端不能重复接受链接，而服务器都是正常运行不断来接受客户链接的

3.1 基于TCP的套接字

tcp是基于链接的，必须先启动服务端，然后再启动客户端去链接服务端

tcp服务端

ss = socket() #创建服务器套接字
ss.bind()      #把地址绑定到套接字
ss.listen()      #监听链接
inf_loop:      #服务器无限循环
    cs = ss.accept() #接受客户端链接
    comm_loop:         #通讯循环
        cs.recv()/cs.send() #对话(接收与发送)
    cs.close()    #关闭客户端套接字
ss.close()        #关闭服务器套接字(可选) 

tcp客户端

 cs = socket()    # 创建客户套接字
 cs.connect()    # 尝试连接服务器
 comm_loop:        # 通讯循环
     cs.send()/cs.recv()    # 对话(发送/接收)
 cs.close()            # 关闭客户套接字

客户端.py

import socket

#1、买手机
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) # 流式协议=》tcp协议

#2、拨通服务端电话
phone.connect(('127.0.0.1',8080))

#3、通信

while True:
    msg=input('输入要发送的消息》》》》：').strip()
    if len(msg)==0:continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))
    data=phone.recv(1024)
    print(data.decode('utf-8'))

#4、关闭连接(必选的回收资源的操作)
phone.close()

服务端.py

import socket

# 1、买手机
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) # 流式协议=》tcp协议

# 2、绑定手机卡
phone.bind(('127.0.0.1',8080)) # 0-65535, 1024以前的都被系统保留使用

# 3、开机
phone.listen(5) # 5指的是半连接池的大小
print('服务端启动完成，监听地址为:%s:%s' %('127.0.0.1',8080))
# 4、等待电话连接请求：拿到电话连接conn
conn,client_addr=phone.accept()
# print(conn)
print("客户端的ip和端口：",client_addr)

# 5、通信：收发消息（加通信循环）
while True:
    data=conn.recv(1024) # 最大接收的数据量为1024Bytes，收到的是bytes类型
    if len(data)==0:break    #在Unix系统下，一旦data收到未空意味着是一种异常行为：客户端非法断开了连接，所以break
    # 如果在Windows系统下，则报错异常，就只能用步骤异常处理
    print("客户端发来的消息：",data.decode('utf-8'))
    msg=input('回复的消息》》》》：').strip()
    conn.send(msg.encode('utf-8'))

# 针对Windows系统处理方法：
    #提前判断捕捉异常
#  while True:
#
#      try:
#         data=conn.recv(1024) # 最大接收的数据量为1024Bytes，收到的是bytes类型
#         if len(data)==0:break    #在Unix系统下，一旦data收到未空意味着是一种异常行为：客户端非法断开了连接，所以break
#         # 如果在Windows系统下，则报错异常，就只能用步骤异常处理
#         print("客户端发来的消息：",data.decode('utf-8'))
#         msg=input('回复的消息》》》》：').strip()
#         conn.send(msg.encode('utf-8'))
#      except Exception:  #只针对Windows系统
#           break

# 6、关闭电话连接conn（必选的回收资源的操作)
conn.close()

# 7、关机（可选操作）
phone.close()

3.1.1  加上链接循环与通信循环

服务端改进版

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Linhaifeng'
import socket
ip_port=('127.0.0.1',8081)#电话卡
BUFSIZE=1024
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
s.bind(ip_port) #手机插卡
s.listen(5)     #手机待机


while True:                         #新增接收链接循环,可以不停的接电话
    conn,addr=s.accept()            #手机接电话
    # print(conn)
    # print(addr)
    print('接到来自%s的电话' %addr[0])
    while True:                         #新增通信循环,可以不断的通信,收发消息
        msg=conn.recv(BUFSIZE)             #听消息,听话

        # if len(msg) == 0:break        #如果不加,那么正在链接的客户端突然断开,recv便不再阻塞,死循环发生

        print(msg,type(msg))

        conn.send(msg.upper())          #发消息,说话

    conn.close()                    #挂电话

s.close()                       #手机关机

客户端改进版

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Linhaifeng'
import socket
ip_port=('127.0.0.1',8081)
BUFSIZE=1024
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

s.connect_ex(ip_port)           #拨电话

while True:                             #新增通信循环,客户端可以不断发收消息
    msg=input('>>: ').strip()
    if len(msg) == 0:continue
    s.send(msg.encode('utf-8'))         #发消息,说话(只能发送字节类型)

    feedback=s.recv(BUFSIZE)                           #收消息,听话
    print(feedback.decode('utf-8'))

s.close()                                       #挂电话

以上程序运行遇到的问题

3.1 基于UDP的套接字

udp是无链接的，先启动哪一端都不会报错

udp服务端

 ss = socket()   #创建一个服务器的套接字
 ss.bind()       #绑定服务器套接字
 inf_loop:       #服务器无限循环
     cs = ss.recvfrom()/ss.sendto() # 对话(接收与发送)
 ss.close()                         # 关闭服务器套接字

udp客户端

cs = socket()   # 创建客户套接字
comm_loop:      # 通讯循环
    cs.sendto()/cs.recvfrom()   # 对话(发送/接收)
cs.close()                      # 关闭客户套接字

客户端.py

import socket

client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)  # 流式协议=》tcp协议

while True:
    msg = input('>>>: ').strip()
    client.sendto(msg.encode('utf-8'), ('127.0.0.1', 8081))
    res = client.recvfrom(1024)
    print(res)

client.close()

服务端.py

import socket

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)  # 数据报协议=》udp协议

server.bind(('127.0.0.1', 8081))

while True:
    data, client_addr = server.recvfrom(1024)
    server.sendto(data.upper(), client_addr)

# server.close()