Socket 是进程间通信的一种方式,它与其他进程间通信的一个主要不同是:它能实现不同主机间的进程间通信,我们网络上各种各样的服务大多都是基于 Socket 来完成通信的,例如我们每天浏览网页、QQ 聊天、收发 email 等等。要解决网络上两台主机之间的进程通信问题,首先要唯一标识该进程,在 TCP/IP 网络协议中,就是通过 (IP 地址,协议,端口号) 三元组来标识进程的,解决了进程标识问题,就有了通信的基础了。
本文主要介绍使用 Python 进行 TCP Socket 网络编程,假设你已经具有初步的网络知识及 Python 基本语法知识。
TCP 是一种面向连接的传输层协议,TCP Socket 是基于一种 Client-Server 的编程模型,服务端监听客户端的连接请求,一旦建立连接即可以进行传输数据。那么对 TCP Socket 编程的介绍也分为客户端和服务端:
首先要创建 socket,用 Python 中 socket 模块的函数 socket 就可以完成:
- #Socket client example in python
- import socket #for sockets
- #create an AF_INET, STREAM socket (TCP)
- s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
- print 'Socket Created'
函数 socket.socket 创建一个 socket,返回该 socket 的描述符,将在后面相关函数中使用。该函数带有两个参数:
如果创建 socket 函数失败,会抛出一个 socket.error 的异常,需要捕获:
- #handling errors in python socket programs
- import socket #for sockets
- import sys #for exit
- try:
- #create an AF_INET, STREAM socket (TCP)
- s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
- except socket.error, msg:
- print 'Failed to create socket. Error code: ' + str(msg[0]) + ' , Error message : ' + msg[1]
- sys.exit();
- print 'Socket Created'
那么到目前为止已成功创建了 socket,接下来我们将用这个 socket 来连接某个服务器,就连 www.google.com 吧。
本文开始也提到了,socket 使用 (IP 地址,协议,端口号) 来标识一个进程,那么我们要想和服务器进行通信,就需要知道它的 IP 地址以及端口号。
获得远程主机的 IP 地址Python 提供了一个简单的函数
来获得远程主机的 IP 地址:
- socket.gethostbyname
- host = 'www.google.com'
- port = 80
- try:
- remote_ip = socket.gethostbyname( host )
- except socket.gaierror:
- #could not resolve
- print 'Hostname could not be resolved. Exiting'
- sys.exit()
- print 'Ip address of ' + host + ' is ' + remote_ip
现在我们知道了服务器的 IP 地址,就可以使用连接函数 connect 连接到该 IP 的某个特定的端口上了,下面例子连接到 80 端口上(是 HTTP 服务的默认端口):
- #Connect to remote server
- s.connect((remote_ip , port))
- print 'Socket Connected to ' + host + ' on ip ' + remote_ip
运行该程序:
- $ python client.py
- Socket created
- Ip of remote host www.google.com is 173.194.38.145
- Socket Connected to www.google.com on ip 173.194.38.145
上面说明连接到 www.google.com 已经成功了,接下面我们可以向服务器发送一些数据,例如发送字符串
,这是一个 HTTP 请求网页内容的命令。
- GET / HTTP / 1.1\r\n\r\n
- #Send some data to remote server
- message = "GET / HTTP/1.1\r\n\r\n"
- try :
- #Set the whole string
- s.sendall(message)
- except socket.error:
- #Send failed
- print 'Send failed'
- sys.exit()
- print 'Message send successfully'
发送完数据之后,客户端还需要接受服务器的响应。
函数 recv 可以用来接收 socket 的数据:
- #Now receive data
- reply = s.recv(4096)
- print reply
一起运行的结果如下:
- Socket created
- Ip of remote host www.google.com is 173.194.38.145
- Socket Connected to www.google.com on ip 173.194.38.145
- Message send successfully
- HTTP/1.1 302 Found
- Cache-Control: private
- Content-Type: text/html; charset=UTF-8
- Location: http://www.google.com.sg/?gfe_rd=cr&ei=PlqJVLCREovW8gfF0oG4CQ
- Content-Length: 262
- Date: Thu, 11 Dec 2014 08:47:58 GMT
- Server: GFE/2.0
- Alternate-Protocol: 80:quic,p=0.02
- <HTML><HEAD><meta http-equiv="content-type" content="text/html;charset=utf-8">
- <TITLE>302 Moved</TITLE></HEAD><BODY>
- <H1>302 Moved</H1>
- The document has moved
- <A HREF="http://www.google.com.sg/?gfe_rd=cr&ei=PlqJVLCREovW8gfF0oG4CQ">here</A>.
- </BODY></HTML>
当我们不想再次请求服务器数据时,可以将该 socket 关闭,结束这次通信:
s.close()
上面我们学到了如何:
当我们打开 www.google.com 时,浏览器所做的就是这些,知道这些是非常有意义的。在 socket 中具有这种行为特征的被称为 CLIENT,客户端主要是连接远程系统获取数据。
socket 中另一种行为称为 SERVER,服务器使用 socket 来接收连接以及提供数据,和客户端正好相反。所以 www.google.com 是服务器,你的浏览器是客户端,或者更准确地说,www.google.com 是 HTTP 服务器,你的浏览器是 HTTP 客户端。
那么上面介绍了客户端的编程,现在轮到服务器端如果使用 socket 了。
服务器端主要做以下工作:
上面已经介绍了如何创建 socket 了,下面一步是绑定。
函数 bind 可以用来将 socket 绑定到特定的地址和端口上,它需要一个 sockaddr_in 结构作为参数:
- import socket
- import sys
- HOST = '' # Symbolic name meaning all available interfaces
- PORT = 8888 # Arbitrary non-privileged port
- s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
- print 'Socket created'
- try:
- s.bind((HOST, PORT))
- except socket.error , msg:
- print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0]) + ' Message ' + msg[1]
- sys.exit()
- print 'Socket bind complete'
绑定完成之后,接下来就是监听连接了。
函数 listen 可以将 socket 置于监听模式:
- s.listen(10)
- print 'Socket now listening'
该函数带有一个参数称为 backlog,用来控制连接的个数。如果设为 10,那么有 10 个连接正在等待处理,此时第 11 个请求过来时将会被拒绝。
当有客户端向服务器发送连接请求时,服务器会接收连接:
- #wait to accept a connection - blocking call
- conn, addr = s.accept()
- #display client information
- print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1])
运行该程序的,输出结果如下:
- $ python server.py
- Socket created
- Socket bind complete
- Socket now listening
此时,该程序在 8888 端口上等待请求的到来。不要关掉这个程序,让它一直运行,现在客户端可以通过该端口连接到 socket。我们用 telnet 客户端来测试,打开一个终端,输入
:
- telnet localhost 8888
- $ telnet localhost 8888
- Trying 127.0.0.1...
- Connected to localhost.
- Escape character is '^]'.
- Connection closed by foreign host.
这时服务端输出会显示:
- $ python server.py
- Socket created
- Socket bind complete
- Socket now listening
- Connected with 127.0.0.1:59954
我们观察到客户端已经连接上服务器了。在建立连接之后,我们可以用来与客户端进行通信。下面例子演示的是,服务器建立连接之后,接收客户端发送来的数据,并立即将数据发送回去,下面是完整的服务端程序:
- import socket
- import sys
- HOST = '' # Symbolic name meaning all available interfaces
- PORT = 8888 # Arbitrary non-privileged port
- s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
- print 'Socket created'
- try:
- s.bind((HOST, PORT))
- except socket.error , msg:
- print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0]) + ' Message ' + msg[1]
- sys.exit()
- print 'Socket bind complete'
- s.listen(10)
- print 'Socket now listening'
- #wait to accept a connection - blocking call
- conn, addr = s.accept()
- print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1])
- #now keep talking with the client
- data = conn.recv(1024)
- conn.sendall(data)
- conn.close()
- s.close()
在一个终端中运行这个程序,打开另一个终端,使用 telnet 连接服务器,随便输入字符串,你会看到:
- $ telnet localhost 8888
- Trying 127.0.0.1...
- Connected to localhost.
- Escape character is '^]'.
- happy
- happy
- Connection closed by foreign host.
客户端(telnet)接收了服务器的响应。
我们在完成一次响应之后服务器立即断开了连接,而像 www.google.com 这样的服务器总是一直等待接收连接的。我们需要将上面的服务器程序改造成一直运行,最简单的办法是将 accept 放到一个循环中,那么就可以一直接收连接了。
我们可以将代码改成这样让服务器一直工作:
- import socket
- import sys
- HOST = '' # Symbolic name meaning all available interfaces
- PORT = 5000 # Arbitrary non-privileged port
- s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
- print 'Socket created'
- try:
- s.bind((HOST, PORT))
- except socket.error , msg:
- print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0]) + ' Message ' + msg[1]
- sys.exit()
- print 'Socket bind complete'
- s.listen(10)
- print 'Socket now listening'
- #now keep talking with the client
- while 1:
- #wait to accept a connection - blocking call
- conn, addr = s.accept()
- print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1])
- data = conn.recv(1024)
- reply = 'OK...' + data
- if not data:
- break
- conn.sendall(reply)
- conn.close()
- s.close()
现在在一个终端下运行上面的服务器程序,再开启三个终端,分别用 telnet 去连接,如果一个终端连接之后不输入数据其他终端是没办法进行连接的,而且每个终端只能服务一次就断开连接。这从代码上也是可以看出来的。
这显然也不是我们想要的,我们希望多个客户端可以随时建立连接,而且每个客户端可以跟服务器进行多次通信,这该怎么修改呢?
为了处理每个连接,我们需要将处理的程序与主程序的接收连接分开。一种方法可以使用线程来实现,主服务程序接收连接,创建一个线程来处理该连接的通信,然后服务器回到接收其他连接的逻辑上来。
- import socket
- import sys
- from thread import *
- HOST = '' # Symbolic name meaning all available interfaces
- PORT = 8888 # Arbitrary non-privileged port
- s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
- print 'Socket created'
- #Bind socket to local host and port
- try:
- s.bind((HOST, PORT))
- except socket.error , msg:
- print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0]) + ' Message ' + msg[1]
- sys.exit()
- print 'Socket bind complete'
- #Start listening on socket
- s.listen(10)
- print 'Socket now listening'
- #Function for handling connections. This will be used to create threads
- def clientthread(conn):
- #Sending message to connected client
- conn.send('Welcome to the server. Type something and hit enter\n') #send only takes string
- #infinite loop so that function do not terminate and thread do not end.
- while True:
- #Receiving from client
- data = conn.recv(1024)
- reply = 'OK...' + data
- if not data:
- break
- conn.sendall(reply)
- #came out of loop
- conn.close()
- #now keep talking with the client
- while 1:
- #wait to accept a connection - blocking call
- conn, addr = s.accept()
- print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1])
- #start new thread takes 1st argument as a function name to be run, second is the tuple of arguments to the function.
- start_new_thread(clientthread ,(conn,))
- s.close()
再次运行上面的程序,打开三个终端来与主服务器建立 telnet 连接,这时候三个客户端可以随时接入,而且每个客户端可以与主服务器进行多次通信。
telnet 终端下可能输出如下:
- $ telnet localhost 8888
- Trying 127.0.0.1...
- Connected to localhost.
- Escape character is '^]'.
- Welcome to the server. Type something and hit enter
- hi
- OK...hi
- asd
- OK...asd
- cv
- OK...cv
要结束 telnet 的连接,按下 Ctrl-] 键,再输入 close 命令。
服务器终端的输出可能是这样的:
- $ python server.py
- Socket created
- Socket bind complete
- Socket now listening
- Connected with 127.0.0.1:60730
- Connected with 127.0.0.1:60731
到目前为止,我们学习了 Python 下基本的 socket 编程。
来源: http://blog.csdn.net/dkbf123/article/details/78816931