python之Socket编程

前言

什么是Socket?

Python 的 Socket 模块提供了一个标准的接口，可以让你使用网络连接来通信。

Socket 是一种网络通信技术，它提供了一个通用的接口来连接不同类型的网络，例如互联网、局域网和本地环回地址。你可以使用 Python 的 Socket 模块来创建客户端和服务器程序，以便在它们之间进行通信

什么是套接字?

套接字是用于在两台计算机之间进行网络通信的抽象层。它可以被看作是一个端口，可以用来连接不同计算机上的程序

套接字可以用于两台计算机之间的网络通信，也可以用于在同一台计算机上的程序之间进行通信。它们由两个部分组成：一个是地址，另一个是端口号。地址用来标识主机的网络位置，端口号用来标识运行在主机上的特定服务

常见的网络协议，如 TCP 和 UDP，都使用套接字来进行通信。套接字可以使用不同的协议来进行通信，比如 TCP 套接字和 UDP 套接字

套接字在多种编程语言中都有支持，例如 C，C++，Java 和 Python

Socket的类型

Socket 可以分为两种类型：流式 Socket 和数据报式 Socket。

• 流式 Socket 是为了传输字节流而设计的，适用于传输大量数据，例如文件传输。

• 数据报式 Socket 是为了传输数据包而设计的，适用于传输少量数据，例如 DNS 查询

Socket的通讯流程

Socket 通信包括服务端和客户端两个角色。

服务端通过调用 socket 函数创建 Socket，并调用 bind、listen 和 accept 函数监听连接请求。客户端通过调用 socket 函数创建 Socket，并调用 connect 函数连接服务端

当连接建立后，服务端和客户端就可以通过 send 和 recv 函数进行通信了。

同时, Socket 还支持设置选项，例如设置超时时间、关闭延迟等

Socket异常处理

在 Python 中使用 socket 模块时，如果发生异常，会抛出一个异常对象。常见的 socket 异常包括如下:

• ConnectionRefusedError：连接被服务器拒绝。

• ConnectionResetError：连接被服务器重置。

• timeout：操作超时。

• OSError：操作系统错误。

如下代码所示, 为了处理 socket 异常，需要使用 try-except 语句

import socket

try:
    # 创建 socket 对象
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 连接服务器
    s.connect(('www.example.com', 80))
except ConnectionRefusedError:
    # 处理连接被拒绝的情况
    print("Connection refused by the server")
except timeout:
    # 处理超时的情况
    print("Timed out")
except OSError:
    # 处理操作系统错误的情况
    print("OS error")

在上面的代码中，我们尝试连接到给定的服务器，如果连接被拒绝，则会抛出 ConnectionRefusedError 异常；如果操作超时，则会抛出 timeout 异常；如果发生操作系统错误，则会抛出 OSError 异常。

Socket模块函数

创建Socket对象

在 Python 中，你可以使用 socket 模块中的 socket() 函数来创建一个 Socket 对象。

例如，下面是一段代码，用于创建一个 Socket 对象

import socket

# 创建 Socket 对象
sock = socket.socket()

# 这里可以做一些其他操作，例如绑定地址和端口，设置选项等
# ...

例如下面的代码, Socket.socket() 函数调用创建了一个 socket 对象，该对象使用两个参数初始化：

• socket.AF_INET：这表示使用 IPv4 协议。

• socket.SOCK_STREAM：这表示使用 TCP 协议

因此，这段代码创建的套接字是一个使用 IPv4 协议和 TCP 协议的网络套接字

import socket

#使用Python的socket模块来创建套接字
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

Socket对象常用方法

Socket模块方法	描述
sock.bind()	绑定一个地址和端口号到 Socket 对象上
sock.listen()	监听来自客户端的连接
sock.accept()	接收客户端的连接
sock.connect()	连接到服务器
sock.send()	发送数据到服务器
sock.recv()	从服务器接收数据
sock.close()	关闭Socket对象

关闭Socket对象

关闭Socket对象除了使用sock.close(), 还有一种常见的方法是使用 Python 的上下文管理器，这样就不用手动关闭 socket 对象

在下面的代码中，当执行完 with 语句块中的代码时，socket 对象会自动关闭。这种方法通常比手动关闭 socket 对象更方便。

另外，还有一点需要注意：在处理 socket 异常时，通常需要考虑关闭 socket 对象。否则可能会导致资源泄露

import socket

with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as s:
    # 连接服务器
    s.connect(('www.example.com', 80))
    # 在这里使用 socket 对象

# 在这里 socket 对象已经自动关闭

一个简单的Socket实例

客户端代码

import socket

# 创建 socket 对象
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 获取本地主机名
host = socket.gethostname()

port = 12345

# 连接服务，指定主机和端口
client_socket.connect((host, port))

# 接收小于 1024 字节的数据
msg = client_socket.recv(1024)

# 关闭Socket对象
client_socket.close()

# 输出:对服务端发来的消息进行utf-8解码后的内容
print(msg.decode('utf-8'))

服务端代码

import socket

# 创建 socket 对象
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 获取本地主机名
host = socket.gethostname()

port = 12345

# 绑定端口
server_socket.bind((host, port))

# 设置最大连接数，超过后排队
server_socket.listen(5)

while True:
    # 建立客户端连接
    client_socket, addr = server_socket.accept()
    print("连接地址: %s" % str(addr))
    
    # 对发送数据进行utf-8编码
    msg = "Hello World"
    client_socket.send(msg.encode('utf-8'))
    
    # 关闭Socket对象
    client_socket.close()

运行测试

先运行服务端代码, 再运行客户端代码, 随后在客户端界面接受到服务端发来的"Hello World"

动画