Python 中的 socket 编程 分类： socket 2013-08-10 17:17 377人阅读 评论(0) 收藏

Python 中的 socket 编程

在所有具有 socket 的语言中，socket 都是相同的 —— 这是两个应用程序彼此进行通信的管道。

前提条件

不管是使用 Python、Perl、Ruby、Scheme 还是其他有用的语言（此处 有用 的意思是这种语言有 socket 接口）来编写 socket 程序，socket 通常都是相同的。这是两个应用程序彼此进行通信的管道（这两个应用程序可以在同一台机器上，也可以位于两台不同的机器上）。

使用 Python 这种具有 socket 编程功能的语言的区别在于，它有一些辅助的类和方法，可以简化 socket 编程。在本节中，我们将展示 Python 的 socket API。可以使用一个脚本来执行 Python 的解释器，如果您要自己执行 Python，就可以一次只输入一行代码。这样，就可以看到每个方法调用之后的结果了。

下面这个例子展示了如何与 Python 解释器进行交互。此处我们使用了 socket 类方法 gethostbyname 将一个完整的域名（www.ibm.com）解析成一个使用点号分隔的 IP 地址字符串（'129.42.19.99'）：

清单 3. 从解释器命令行中使用 socket

					
[camus]$ python
Python 2.4 (#1, Feb 20 2005, 11:25:45)
[GCC 3.2.2 20030222 (Red Hat Linux 3.2.2-5)] on linux2
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more
   information.
>>> import socket
>>> socket.gethostbyname('www.ibm.com')
'129.42.19.99'
>>>

在导入 socket 模块之后，我调用了 gethostbyname 类方法将这个域名解析成 IP 地址。

现在，我们要讨论基本的 socket 方法，并通过 socket 进行通信。您应该熟悉 Python 解释器。

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创建和销毁 socket

要新创建一个 socket，可以使用 socket 类的 socket 方法。这是一个类方法，因为还没有得到可以应用方法的 socket 对象。socket 方法与 BSD API 类似，下面是创建流（TCP） socket 和数据报（UDP）socket 的方法：

清单 4. 创建流和数据报 socket

					
streamSock = socket.socket( socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM )

dgramSock = socket.socket( socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM )

在这种情况中，会返回一个 socket 对象。AF_INET 符号（第一个参数）说明您正在请求的是一个 Internet 协议（IP） socket，具体来说是 IPv4。第二个参数是传输协议的类型（SOCK_STREAM 对应 TCP socket，SOCK_DGRAM 对应 UDP socket）。如果底层操作系统支持 IPv6，那么还可以指定 socket.AF_INET6 来创建一个 IPv6 socket。

要关闭一个已经连接的 socket，可以使用 close 方法：

streamSock.close()

最后，可以使用 del 语句删除一个 socket：

del streamSock

这个语句可以永久地删除 socket 对象。之后再试图引用这个对象就会产生错误。

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Socket 地址

socket 地址是一个组合，包括一个接口地址和一个端口号。由于 Python 可以很简单地表示元组，因此地址和端口也可以这样表示。下面表示的是接口地址 192.168.1.1 和端口 80：

( '192.168.1.1', 80 )

也可以使用完整的域名，例如：

( 'www.ibm.com', 25 )

这个例子非常简单，当然比使用 C 编写相同功能的程序时对 sockaddr_in 进行操作要简单很多。下面的讨论给出了 Python 中地址的例子。

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服务器 socket

服务器 socket 通常会在网络上提供一个服务。由于服务器和客户机的 socket 是使用不同的方式创建的，因此我们将分别进行讨论。

在创建 socket 之后，可以使用 bind 方法来绑定一个地址，listen 方法可以将其设置为监听状态，最后 accept 方法可以接收一个新的客户机连接。下面展示了这种用法：

清单 5. 使用服务器 socket

					
sock = socket.socket( socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM )
sock.bind( ('', 2525) )
sock.listen( 5 )
newsock, (remhost, remport) = sock.accept()

对于这个服务器来说，使用地址 ('', 2525) 就意味着接口地址中使用了通配符 ('')，这样可以接收来自这个主机上的任何接口的连接。还说明要绑定到端口 2525 上。

注意此处 accept 方法不但要返回一个新的 socket 对象，它表示了客户机连接（newsock）；而且还要返回一个地址对（socket 端的远程地址和端口号）。Python 的 SocketServer 模块可以对这个过程进一步进行简化，正如上面展示的一样。

虽然也可以创建数据报服务器，不过这是无连接的，因此没有对应的 accept 方法。下面的例子创建一个数据报服务器 socket：

清单 6. 创建一个数据报服务器 socket

					
sock = socket.socket( socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM )
sock.bind( ('', 2525) )

后面对于 socket I/O 的讨论将说明 I/O 是如何为流 socket 和数据报 socket 工作的。

现在，让我们来看一下客户机是如何创建 socket 并将其连接到服务器上的。

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客户机 socket

客户机 socket 的创建和连接机制与服务器 socket 相似。在创建 socket 之前，都需要一个地址 —— 不是本地绑定到这个 socket 上（就像服务器 socket 的情况那样），而是标识这个 socket 应该连接到什么地方。假设在这个主机的 IP 地址 '192.168.1.1' 和端口 2525 上有一个服务器。下面的代码可以创建一个新的 socket，并将其连接到定义的服务器上：

清单 7. 创建一个流 socket 并将其连接到服务器上

					
sock = socket.socket( socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM )
sock.connect( ('192.168.1.1', 2525) )

对于数据报 socket 来说，处理过程稍有不同。回想一下，数据报从本质上来说都是没有连接的。可以这样考虑：流 socket 是两个点之间的通信管道，而数据报 socket 是基于消息的，可以同时与多个点进行通信。下面是一个数据报客户机的例子。

清单 8. 创建一个数据报 socket 并将其连接到服务器上

					
sock = socket.socket( socket.AF_INET, sock.sock_DGRAM )
sock.connect( ('192.168.1.1', 2525) )

尽管我们使用了 connect 方法，但是此处是有区别的：在客户机和服务器之间并不存在真正的 连接。此处的连接是对以后 I/O 的一个简化。通常在数据报 socket 中，必须在所发送的数据中提供目标地址的信息。通过使用 connect，我们可以使用客户机对这些信息进行缓存，并且 send 方法的使用可以与流 socket 情况一样（只不过不需要目标地址）。可以再次调用 connect 来重新指定数据报客户机消息的目标。

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流 socket I/O

通过流 socket 发送和接收数据在 Python 中是很简单的。有几个方法可以用来通过流 socket 传递数据（例如 send、recv、read 和 write）。

第一个例子展示了流 socket 的服务器和客户机。在这个例子中，服务器会回显从客户机接收到的信息。

回显流服务器如清单 9 所示。在创建一个新的流 socket 之前，需要先绑定一个地址（接收来自任何接口和 45000 端口的连接），然后调用 listen 方法来启用到达的连接。这个回显服务器然后就可以循环处理各个客户机连接了。它会调用 accept 方法并阻塞（即不会返回），直到有新的客户机连接到它为止，此时会返回新的客户机 socket，以及远程客户机的地址信息。使用这个新的客户机 socket，我们可以调用 recv 来从另一端接收一个字符串，然后将这个字符串写回这个 socket。然后立即关闭这个 socket。

清单 9. 简单的 Python 流回显服务器

					
import socket

srvsock = socket.socket( socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM )
srvsock.bind( ('', 23000) )
srvsock.listen( 5 )

while 1:

  clisock, (remhost, remport) = srvsock.accept()
  str = clisock.recv(100)
  clisock.send( str )
  clisock.close()

清单 10 显示了与清单 9 的回显服务器对应的客户机。在创建一个新的流程 socket 之前，需要使用 connect 方法将这个 socket 连接到服务器上。当连接之后（connect 方法返回），客户机就会使用 send 方法输出一条简单的文本消息，然后使用 recv 方法等待回显。print 语句用来显示所读取的内容。当这个过程完成之后，就执行 close 方法关闭 socket。

清单 10. 简单的 Python 流回显客户机

					
import socket

clisock = socket.socket( socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM )

clisock.connect( ('', 23000) )

clisock.send("Hello World
")
print clisock.recv(100)

clisock.close()

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数据报 socket I/O

数据报 socket 天生就是无连接的，这意味着通信需要提供一个目标地址。类似，当通过一个 socket 接收消息时，必须同时返回数据源。recvfrom 和 sendto 方法可以支持其他地址，正如您在数据报回显服务器和客户机实现中可以看到的一样。

清单 11 显示了数据报回显服务器的代码。首先创建一个 socket，然后使用 bind 方法绑定到一个地址上。然后进入一个无限循环来处理客户机的请求。recvfrom 方法从一个数据报 socket 接收消息，并返回这个消息以及发出消息的源地址。这些信息然后会被传入 sendto 方法，将这些消息返回到源端。

清单 11. 简单的 Python 数据报回显服务器

					
import socket

dgramSock = socket.socket( socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM )
dgramSock.bind( ('', 23000) )

while 1:

  msg, (addr, port) = dgramSock.recvfrom( 100 )
  dgramSock.sendto( msg, (addr, port) )

数据报客户机更加简单。在创建数据报 socket 之后，我们使用 sendto 方法将一条消息发送到一个指定的地址。（记住：数据报是无连接的。）在 sendto 完成之后，我们使用 recv 来等待回显的响应，然后打印所收到的信息。注意此处我们并没有使用 recvfrom，这是因为我们对两端的地址信息并不感兴趣。

清单 12. 简单的 Python 数据报回显客户机

					
import socket

dgramSock = socket.socket( socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM )

dgramSock.sendto( "Hello World
", ('', 23000) )
print dgramSock.recv( 100 )
dgramSock.close()

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socket 选项

socket 在缺省情况下有一些标准的行为，但是可以使用一些选项来修改 socket 的行为。我们可以使用 setsockopt 方法来修改 socket 的选项，并使用 getsockopt 方法来读取 socket 选项的值。

在 Python 中使用 socket 选项非常简单，正如清单 13 所示。在第一个例子中，我们读取的是 socket 发送缓冲区的大小。在第二个例子中，我们获取 SO_REUSEADDR 选项的值（重用 TIME_WAIT 中的地址），然后来启用它。

清单 13. 使用 socket 选项

					
sock = socket.socket( socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM )

# Get the size of the socket's send buffer
bufsize = sock.getsockopt( socket.SOL_SOCKET, socket.SO_SNDBUF )

# Get the state of the SO_REUSEADDR option
state = sock.getsockopt( socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR )

# Enable the SO_REUSEADDR option
sock.setsockopt( socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1 )

SO_REUSEADDR 选项通常是在 socket 服务器的开发中使用的。可以增大 socket 的发送和接收缓冲区，从而获得更好的性能，但是记住您是在一个解释脚本中进行操作的，因此可能不会带来太多益处。

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异步 I/O

Python 作为 select 模块的一部分提供了异步 I/O 的功能。这种特性与 C 的 select 机制类似，但是更加简单。我们首先对 select 进行简介，然后解释如何在 Python 中使用。

select 方法允许对多个 socket 产生多个事件或多个不同的事件。例如，您可以告诉 select 当 socket 上有数据可用时、当可以通过一个 socket 写入数据时以及在 socket 上发生错误时，都要通知您；可以同时为多个 socket 执行这些操作。

在 C 使用位图的地方，Python 使用列表来表示要监视的描述符，并且返回那些满足约束条件的描述符。在下面的例子中，等待从标准输入设备上输入信息：

清单 14. 等待 stdin 的输入

					
rlist, wlist, elist = select.select( [sys.stdin], [], [] )

print sys.stdin.read()

传递给 select 的参数是几个列表，分别表示读事件、写事件和错误事件。select 方法返回三个列表，其中包含满足条件的对象（读、写和异常）。在这个例子中，返回的 rlist 应该是 [sys.stdin]，说明数据在 stdin 上可用了。然后就可以使用 read 方法来读取这些数据。

select 方法也可以处理 socket 描述符。在下面的例子（请参阅清单 15）中，我们创建了两个客户机 socket，并将其连接到一个远程端上。然后使用 select 方法来确定哪个 socket 可以读取数据了。接着可以读取这些数据，并将其显示到 stdout 上。

清单 15. 展示处理多个 socket 的 select 方法

					
import socket
import select

sock1 = socket.socket( socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM )
sock2 = socket.socket( socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM )

sock1.connect( ('192.168.1.1', 25) )
sock2.connect( ('192.168.1.1', 25) )

while 1:

  # Await a read event
  rlist, wlist, elist = select.select( [sock1, sock2], [], [], 5 )

  # Test for timeout
  if [rlist, wlist, elist] == [ [], [], [] ]:

    print "Five seconds elapsed.
"

  else:

    # Loop through each socket in rlist, read and print the available data
    for sock in rlist:

      print sock.recv( 100 )