socket

什么是Socket

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。

socket起源于Unix，而Unix/Linux 基本哲学之一就是“一切皆文件”，都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式 来操作。Socket就是该模式的一个实现，socket即是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭)

Socket通信套路

• 当通过socket建立起2台机器的连接后，本质上socket只干2件事，一是收数据，一是发数据，没数据时就等着。

• socket 建立连接的过程跟我们现实中打电话比较像，打电话必须是打电话方和接电话方共同完成的事情

socket server端：

首先你得有个电话(生成socket对象)
你的电话要有号码(绑定本机ip+port)
你的电话必须连上电话线(连网)
开始在家等电话(开始监听电话listen)
电话铃响了，接起电话，听到对方的声音(接受新连接)
响应回应(recv())
等待回应——》响应回应——》等待回应。。。。
挂电话(close())

socket client 端

首先你得有个电话(生成socket对象)
输入你想拨打的电话(connect 远程主机ip+port)
等待对方接听
say “hi ”(send() 发消息。。。)
等待回应——》响应回应——》等待回应。。。。
挂电话(close())

python 中的 socket模块

server端

# coding=utf-8
import socket

sk = socket.socket()
sk.bind(('127.0.0.1', 9000))
sk.listen()

while True:
    print('监听连接中')
    conn, addr = sk.accept()
    print(f'新的连接:{addr}')
    while True:
        while True:
            msg = input(">>>")
            if msg:
                conn.send(msg.encode('utf-8'))
                break

        msg = conn.recv(1024)
        print(msg.decode('utf-8'))
        if msg.decode('utf-8') == 'quit' or not msg:
            break

    conn.close()
    print('连接关闭')

client 端

# coding=utf-8
import socket

client = socket.socket()
client.connect(('127.0.0.1', 9000))
while True:
    msg = client.recv(1024)
    print(msg.decode('utf-8'))
    if msg.decode('utf-8') == 'quit' or not msg:
        break

    while True:
        msg = input(">>>")
        if msg:
            client.send(msg.encode('utf-8'))
            break

client.close()

更多功能

socket.socket(family=AF_INET, type=SOCK_STREAM, proto=0, fileno=None)

参数

• socket.AF_UNIX：用于本机进程间通讯，为了保证程序安全，两个独立的程序(进程)间是不能互相访问彼此的内存的，但为了实现进程间的通讯，可以通过创建一个本地的socket来完成
• socket.AF_INET:(还有AF_INET6被用于ipv6，还有一些其他的地址家族，不过，他们要么是只用于某个平台，要么就是已经被废弃，或者是很少被使用，或者是根本没有实现，所有地址家族中，AF_INET是使用最广泛的一个，python支持很多种地址家族，但是由于我们只关心网络编程，所以大部分时候我么只使用AF_INET)
  socket type类型
• socket.SOCK_STREAM：流式socket, TCP 协议
• socket.SOCK_DGRAM：数据报式socket, UDP协议
• socket.SOCK_RAW：原始套接字，普通的套接字无法处理ICMP、IGMP等网络报文，而SOCK_RAW可以；其次，SOCK_RAW也可以处理特殊的IPv4报文；此外，利用原始套接字，可以通过IP_HDRINCL套接字选项由用户构造IP头。
• socket.SOCK_RDM ：是一种可靠的UDP形式，即保证交付数据报但不保证顺序。SOCK_RAM用来提供对原始协议的低级访问，在需要执行某些特殊操作时使用，如发送ICMP报文。SOCK_RAM通常仅限于高级用户或管理员运行的程序使用。
• socket.SOCK_SEQPACKET ：可靠的连续数据包服务

对象属性

sk.bind(address)

　　s.bind(address) 将套接字绑定到地址。address地址的格式取决于地址族。在AF_INET下，以元组（host,port）的形式表示地址。

sk.listen(backlog)

　　开始监听传入连接。backlog指定在拒绝连接之前，可以挂起的最大连接数量。

backlog等于5，表示内核已经接到了连接请求，但服务器还没有调用accept进行处理的连接个数最大为5
这个值不能无限大，因为要在内核中维护连接队列

sk.setblocking(bool)

　　是否阻塞（默认True），如果设置False，那么accept和recv时一旦无数据，则报错。

sk.accept()

　　接受连接并返回（conn,address）,其中conn是新的套接字对象，可以用来接收和发送数据。address是连接客户端的地址。

　　接收TCP 客户的连接（阻塞式）等待连接的到来

sk.connect(address)

　　连接到address处的套接字。一般，address的格式为元组（hostname,port）,如果连接出错，返回socket.error错误。

sk.connect_ex(address)

　　同上，只不过会有返回值，连接成功时返回 0 ，连接失败时候返回编码，例如：10061

sk.close()

　　关闭套接字

sk.recv(bufsize[,flag])

　　接受套接字的数据。数据以字符串形式返回，bufsize指定最多可以接收的数量。flag提供有关消息的其他信息，通常可以忽略。

sk.recvfrom(bufsize[.flag])

　　与recv()类似，但返回值是（data,address）。其中data是包含接收数据的字符串，address是发送数据的套接字地址。

sk.send(string[,flag])

　　将string中的数据发送到连接的套接字。返回值是要发送的字节数量，该数量可能小于string的字节大小。即：可能未将指定内容全部发送。

sk.sendall(string[,flag])

　　将string中的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。

内部通过递归调用send，将所有内容发送出去。

sk.sendto(string[,flag],address)

　　将数据发送到套接字，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。该函数主要用于UDP协议。

sk.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 client 连接最多等待5s ）

sk.getpeername()

　　返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。

sk.getsockname()

　　返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)

sk.fileno()

　　套接字的文件描述符

IO多路复用

I/O多路复用指：通过一种机制，可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。

select模块

# 句柄列表1, 句柄列表2, 句柄列表3 = select.select(句柄序列1, 句柄序列2, 句柄序列3, 超时时间)
r_l, *a = select.select(r_list, [], [])		# 前3个必传

• 当句柄序列1中的句柄发生可读时，则添加可读句柄到句柄列表1中
• 当句柄序列2中的句柄发生可写时，则添加可写句柄到句柄列表2中
• 当句柄序列3中的句柄发生错误时，则添加错误句柄到句柄列表3中

server端代码

# coding=utf-8
import select
import socket

# 用来操作操作系统中的select (IO多路复用机制)
server = socket.socket()
server.bind(('127.0.0.1', 9000))
# 设置非阻塞
server.setblocking(False)				
server.listen()

r_list = [server]
while True:
    print('before select')
    r_l, *a = select.select(r_list, [], [])
    for item in r_l:
        if item is server:
            conn, addr = item.accept()
            r_list.append(conn)

        else:
            try:
                print(item.recv(1024))
                item.send(b'hello')
            except ConnectionAbortedError:
                item.close()
                r_list.remove(item)

粘包现象

多个数据包被连续存储于连续的缓存中，在对数据包进行读取时由于无法确定发生方的发送边界，而采用某一估测值大小来进行数据读出，若双方的size不一致时就会使指发送方发送的若干包数据到接收方接收时粘成一包，从接收缓冲区看，后一包数据的头紧接着前一包数据的尾。

粘包产生原因

• 由于TCP协议的传输方式是流式传输，发送端可以是1k 1k 的发送数据，接收端可能是2k 2k的提走数据，所以就会造成发送端不知道接收端一次要接收多少数据（接收端不知道发送端一次要发多少数据），从而产生了粘包现象
• 发送方引起的粘包是由TCP协议本身造成的，TCP为提高传输效率，发送方往往要收集到足够多的数据后才发送一个TCP段。若连续几次需要send的数据都很少，通常TCP会根据优化算法把这些数据合成一个TCP段后一次发送出去，这样接收方就收到了粘包数据。

解决粘包

为字节流加上自定义固定长度报头，报头中包含字节流长度，然后一次send到对端，对端在接收时，先从缓存中取出定长的报头，然后再取真实数据

SocketServer

SocketServer内部使用 IO多路复用 以及 “多线程” 和 “多进程” ，从而实现并发处理多个客户端请求的Socket服务端。即：每个客户端请求连接到服务器时，Socket服务端都会在服务器是创建一个“线程”或者“进程” 专门负责处理当前客户端的所有请求。

# coding=utf-8
import socketserver

class Myserver(socketserver.BaseRequestHandler):
    def handle(self):
        print('请求来了')
        print(self.client_address)
        self.request.send("123".encode('utf-8'))

    def finish(self):
        print('退出')

server = socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',9000),Myserver)
server.serve_forever()