对 Python Socket 编程的初探
wlycxb1202
8年前
<p>对于python网络编程来说，免不了要用到socket模块。下面主要分享一下个人对python socket的一些理解。</p> <h2><strong>socket编程步骤</strong></h2> <ol> <li>服务端创建一个socket，绑定地址和端口，然后监听端口上传入的连接,一旦有连接进来，就通过accept函数接收传入的连接。</li> <li>客户端也是创建一个socket。绑定远程地址和端口，然后建立连接，发送数据。</li> </ol> <h3><strong>服务端socket</strong></h3> <p>下面通过一段实例代码来详细说明</p> <p>服务端 socker_server.py</p> <pre> <code class="language-python">import socket import sys HOST = "127.0.0.1" PORT = 10000 s = None for resin socket.getaddrinfo(HOST, PORT, socket.AF_UNSPEC, socket.SOCK_STREAM, 0, socket.AI_PASSIVE): af, socktype, proto, canonname, sa = res try: s = socket.socket(af, socktype, proto) except socket.erroras msg: s = None continue try: s.bind(sa) s.listen(5) except socket.erroras msg: s.close() s = None continue break if s is None: print 'could not open socket' sys.exit(1) conn, addr = s.accept() print 'Connected by', addr while 1: data = conn.recv(1024) if not data: break conn.send(data) conn.close() </code></pre> <p>首先我们通过socket.getaddrinnfo函数将host/port转换成一个包含5元组的序列。这个5元组包含我们创建一个socket连接所需要的所有必要参数。返回的5元组分别是 (family, sockettype, proto, canonname, sockaddr)</p> <p>family 地址簇，用与socket()函数的第一个参数。主要有以下几个</p> <ol> <li>socket.AF_UNIX 用与单一机器下的进程通信</li> <li>socket.AF_INET 用与服务器之间相互通信，通常都用这个。</li> <li>socket.AF_INET6 支持IPv6</li> </ol> <p>sockettype socket类型，用与socket()函数的第二个参数，常用的有</p> <ol> <li>socket.SOCK_STREAM 默认，用于TCP协议</li> <li>socket.SOCK_DGRAM 用于UDP协议</li> </ol> <p>proto 协议，用于socket()函数的第三个参数。 getaddrinnfo函数会 根据地址格式和socket类型,返回合适的协议</p> <p>canonname 一个规范化的host name。</p> <p>sockaddr 描述了一个socket address .是一个二元组,主要用于bind()和connect()函数</p> <p>接下来创建一个socket对象，传入getaddrinnfo函数返回的af,sockettype,proto。</p> <pre> <code class="language-python"> s = socket.socket(af, socktype, proto) </code></pre> <p>然后绑定socket address</p> <pre> <code class="language-python">s.bind(sa) </code></pre> <p>开启监听模式</p> <pre> <code class="language-python">s.listen(5) </code></pre> <p>listen函数会监听连接到socket上的连接，参数表示在拒绝连接之前系统可以挂起的最大连接队列数量为5。这些连接还没有被accept处理。数量不能无限大，通常指定5。</p> <p>一旦我们监听到了连接，就会调用accept函数接收连接</p> <pre> <code class="language-python">conn, addr = s.accept() </code></pre> <p>accept函数返回一个二元组，conn是一个新的socket对象，用来接收和发送数据。addr表示另一端的socket地址。</p> <p>接下来我们就可以用conn对象发送和接收数据了</p> <pre> <code class="language-python"> data = conn.recv(1024) # 接收数据, 这里指定一次最多接收的字符数量为1024 conn.send(data) # 发送数据 </code></pre> <p>这里我们接收到一个连接socket就会停止运行，所以如果要循环连接的话，将accept函数放入到一个死循环里。</p> <h3><strong>客户端socket</strong></h3> <p>客户端socket编程相对比较简单，通过connect和服务端建立连接之后，就可以相互通信了。socket_client.py如下</p> <pre> <code class="language-python">for resin socket.getaddrinfo(HOST, PORT, socket.AF_UNSPEC, socket.SOCK_STREAM): af, socktype, proto, canonname, sa = res try: s = socket.socket(af, socktype, proto) except socket.erroras msg: s = None continue try: s.connect(sa) except socket.erroras msg: s.close() s = None continue break if s is None: print 'could not open socket' sys.exit(1) s.sendall('Hello, world') data = s.recv(1024) s.close() print 'Received', repr(data) </code></pre> <p>以上主要是针对TCP流数据的socket编程。对于UDP协议的数据，处理略有不同。譬如发送接收UDP数据包处理函数为:</p> <pre> <code class="language-python">socket.sendto(string, flags, address) socket.recvfrom(bufsize[, flags]) #返回(string, address)，string是返回的数据，address是发送方的socket地址 </code></pre> <h2><strong>SocketServer模块</strong></h2> <p>python中网络编程除了socket模块还提供了SocketServer模块，这一模块主要是对socket模块进行了封装，将socket的对象的创建，绑定，连接，接收，发送，关闭都封装在里面，大大简化了网络服务的编程。</p> <p>此模块提供了以下2个主要的网络服务类，用于创建相应的套接字流</p> <ol> <li>TCPServer 创建TCP协议的套接字流</li> <li>UDPServer 创建UDP协议的套接字流</li> </ol> <p>我们有了套接字流对象，还需要一个请求处理类。SocketServer模块提供了请求处理类有BaseRequestHandler，以及它的派生类StreamRequestHandler和DatagramRequestHandler。所以只要继承这3个类中的一个，然后重写handle函数，此函数将用来处理接收到的请求。下面看一个服务端的代码示例</p> <pre> <code class="language-python">import SocketServer class MyTCPHandler(SocketServer.StreamRequestHandler): """创建请求处理类，重写handle方法。此外也可以重写setup()和finish()来做一些请求处理前和处理后的一些工作""" def handle(self): # self.request is the TCP socket connected to the client self.data = self.request.recv(1024).strip() print "{} wrote:".format(self.client_address[0]) print self.data # just send back the same data, but upper-cased self.request.sendall(self.data.upper()) if __name__ == "__main__": HOST, PORT = "localhost", 10000 server = SocketServer.TCPServer((HOST, PORT), MyTCPHandler) # Activate the server; this will keep running until you # interrupt the program with Ctrl-C # server.shutdown() server.serve_forever() # 一直循环接收请求 # server.handle_request() # 只处理一次请求就退出 </code></pre> <p>看着是不是代码简单了很多，而且SocketServer模块内部使用了多路复用IO技术，可以实现更好的连接性能。看serve_forever函数的源代码用到了select模块。通过传入socket对象调用select.select()来监听socket对象的文件描述符，一旦发现socket对象就绪，就通知应用程序进行相应的读写操作。源代码如下：</p> <pre> <code class="language-python">defserve_forever(self, poll_interval=0.5): """Handle one request at a time until shutdown. Polls for shutdown every poll_interval seconds. Ignores self.timeout. If you need to do periodic tasks, do them in another thread. """ self.__is_shut_down.clear() try: while not self.__shutdown_request: # XXX: Consider using another file descriptor or # connecting to the socket to wake this up instead of # polling. Polling reduces our responsiveness to a # shutdown request and wastes cpu at all other times. r, w, e = _eintr_retry(select.select, [self], [], [], poll_interval) if self in r: self._handle_request_noblock() finally: self.__shutdown_request = False self.__is_shut_down.set() </code></pre> <p>即使使用了select技术，TCPServer，UDPServer处理请求仍然是同步的，意味着一个请求处理完，才能处理下一个请求。但SocketServer模块提供了另外2个类用来支持异步的模式。</p> <ol> <li>ForkingMixIn 利用多进程实现异步</li> <li>ThreadingMixIn 利用多线程实现异步</li> </ol> <p>看名字就知道用mixin模式来实现异步。而mixin模式可以通过多继承来实现，所以通过对网络服务类进行多继承的方式就可以实现异步模式</p> <pre> <code class="language-python">class ThreadedTCPServer(SocketServer.ThreadingMixIn, SocketServer.TCPServer): pass </code></pre> <p>针对ThreadindMixIn,实现异步的原理也就是在内部对每个请求创建一个线程来处理。看源码</p> <pre> <code class="language-python">def process_request(self, request, client_address): """Start a new thread to process the request.""" t = threading.Thread(target = self.process_request_thread, args = (request, client_address)) t.daemon = self.daemon_threads t.start() </code></pre> <p>下面提供一个异步模式的示例</p> <pre> <code class="language-python">importsocket importthreading importSocketServer class ThreadedTCPRequestHandler(SocketServer.BaseRequestHandler): defhandle(self): data = self.request.recv(1024) cur_thread = threading.current_thread() response = "{}: {}".format(cur_thread.name, data) self.request.sendall(response) class ThreadedTCPServer(SocketServer.ThreadingMixIn, SocketServer.TCPServer): pass defclient(ip, port, message): sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) sock.connect((ip, port)) try: sock.sendall(message) response = sock.recv(1024) print "Received: {}".format(response) finally: sock.close() if __name__ == "__main__": # Port 0 means to select an arbitrary unused port HOST, PORT = "localhost", 0 server = ThreadedTCPServer((HOST, PORT), ThreadedTCPRequestHandler) ip, port = server.server_address # Start a thread with the server -- that thread will then start one # more thread for each request server_thread = threading.Thread(target=server.serve_forever) # Exit the server thread when the main thread terminates server_thread.daemon = True server_thread.start() print "Server loop running in thread:", server_thread.name client(ip, port, "Hello World 1") client(ip, port, "Hello World 2") client(ip, port, "Hello World 3") server.shutdown() server.server_close() </code></pre> <p>以上是本人对socket相关的理解，有什么不当或错误之处，还请指出。</p> <p> </p> <p> </p> <p>来自：http://python.jobbole.com/86837/</p> <p> </p>