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关于Python Socket编程的要点详解

前言

在今天的教程中，我们将介绍python基础知识的Python的socket编程。Python 的socket接口类似于 C 和 Java。因此，如果您已经具有 C/Java 编程背景，那么在 Python 中学习socket编程会容易得多。

但是在 Python 中使用socket要简单得多，这鼓励了快速的应用程序开发。所以，不要担心 Python 是否是你的第一门编程语言，而是应该感到幸运。

Python 提供了两种类型的 API 库，可用于socket编程。在底层，Python 利用“ socket ”library为无连接和面向连接的网络协议实现客户端和服务器模块。而在更高级别，您可以使用ftplib和httplib等库与应用程序级网络协议（如 FTP 和 HTTP）交互。

在这篇文章中，我们将讨论专为 Python socket 编程而设计的最广泛使用的 “socket ” 库。我们将介绍该库提供的主要功能，这些功能可以帮助您构建客户端和服务器模块。最后，您将通过示例代码看到客户端-服务器通信的演示。

socket是学习 Python socket编程需要了解的最重要和最基本的实体。在本节中，我们介绍了socket的概念以及创建socket并与之通信的相关方法。

Python Socket 编程简述

什么是socket？

socket 是双向通信链路的端点。端点是 IP 地址和端口号的组合。

对于Client-Server通信，需要在两端配置socket来发起连接，监听传入的消息，然后在两端发送响应，从而建立双向通信。

socket 允许位于同一台机器上的进程之间进行通信，或者在不同环境中工作的不同机器上甚至跨越不同大陆的进程之间进行通信。

如何在 Python 中创建 socket 对象？

要创建/初始化socket，我们使用socket.socket() 方法。它在 Python 的socket模块中有定义。其语法如下。

sock_obj = socket.socket(socket_family, socket_type, protocol=0)

在哪里，

socket_family：定义用作传输机制的协议族。它可以具有两个值中的任何一个。
- AF_UNIX，或
- AF_INET（IP 版本 4 或 IPv4）。
socket_type：定义两个端点之间的通信类型。它可以具有以下值。
- SOCK_STREAM（用于面向连接的协议，例如 TCP），或
- SOCK_DGRAM（用于无连接协议，例如 UDP）。
协议：我们通常保留此字段或将此字段设置为零。

import socket   #for sockets

#实例化一个AF_INET, STREAM socket (TCP)

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

print ('Socket Initialized')

这就是创建套接字对象的方法。但是如果上面的例子无法实例化套接字怎么办。您将如何解决错误？

您需要将上述代码包装在 Python 的 try 和 except 块中。通过 Python 异常处理，您可以追踪错误的原因。

#管理python套接字编程中的错误
 
import socket   #for sockets
import sys  #for exit
 
try:
    #创建一个 AF_INET, STREAM 套接字 (TCP)

    sock_obj = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
except socket.error as err_msg:
    print ('Unable to instantiate socket. Error code: ' + str(err_msg[0]) + ' , Error message : ' + err_msg[1])
    sys.exit();
 
print ('Socket Initialized')

在接下来的部分中，我们将解释 Socket 库中可用的函数来创建客户端/服务器程序。

Python 的套接字库中有多少种可用的套接字方法？

我们可以将用于 Python 套接字编程的套接字方法分为以下三类。

服务器套接字方法，
客户端套接字方法，以及
通用套接字方法。

服务器套接字可用的方法有哪些？

服务器套接字方法

sock_object.bind（地址）：
- 此方法将套接字绑定到地址（主机名、端口号对）
sock_object.listen（积压）：
- 此方法用于侦听与套接字关联的连接。
- backlog 参数表示排队连接的最大数量。
- 最大值可以达到 5，最小值应该至少为零。
sock_object.accept():
- 此函数返回 (conn, address) 对，其中“conn”是用于在通信通道上发送和接收数据的新套接字对象，“address”是与通道另一端的套接字绑定的 IP 地址。
- ACCEPT() 方法返回一个套接字对象，它不同于使用 socket.socket() 创建的套接字对象。
- 这个新的套接字对象专门用于管理与发生接受的特定客户端的通信。
- 这种机制还帮助服务器同时保持与 n 个客户端的连接。

客户端套接字可用的方法有哪些？

客户端套接字方法

sock_object.connect():
- 此方法用于将客户端连接到主机和端口，并启动与服务器的连接。

Python中可用的通用套接字方法有哪些？

通用套接字方法

sock_object.recv():
- 当协议参数的值为 TCP 时，使用此方法在端点接收消息。
sock_object.send():
- 如果协议是 TCP，则应用此方法从端点发送消息。
sock_object.recvfrom():
- 如果使用的协议是 UDP，则调用此方法以在端点接收消息。
sock_object.sendto():
- 如果协议参数为 UDP，则调用此方法以从端点发送消息。
sock_object.gethostname():
- 此方法返回主机名。
sock_object.close():
- 此方法用于关闭套接字。远程端点不会从这一端接收数据。

到目前为止，我们已经列出了“ socket ”库为 Python 套接字编程提供的所有套接字工具。接下来，我们将向您展示实现客户端-服务器通信的套接字函数调用工作流程。请参考以下快照。它说明了在客户端和服务器之间建立通道所需的每个套接字调用。

Python Socket 编程工作流程

下图描述了客户端和服务器端点的套接字方法的调用顺序。

因此，从上面的流程图中，您将了解在 Python 中创建客户端/服务器套接字程序所需的所有套接字方法。现在是时候设置真正的 Python 客户端和服务器组件了。

Python 客户端-服务器通信示例代码

客户端-服务器程序将具有以下两个 Python 模块。

Python-Server.py 和
Python-Client.py。

让我们先检查一下服务器代码。请注意，我们已经在 Python 3 上测试了此代码。

Python-Server.py

该服务器模块将向/从客户端发送和接收数据。

Python-Server.py 文件包含创建服务器套接字的代码，该套接字在收到来自客户端的请求之前一直处于等待状态。

每当客户端连接时，服务器都会接受该连接。

然后客户端将开始向服务器传递消息。
服务器将处理这些消息并将响应发送回客户端。

在下面的代码中，我们还要求用户输入他想要传递给客户端的响应。

import socket
import time

def Main():
    host = "127.0.0.1"
    port = 5001

    mySocket = socket.socket()
    mySocket.bind((host,port))
                
    mySocket.listen(1)
    conn, addr = mySocket.accept()
    print ("Connection from: " + str(addr))

    while True:
        data = conn.recv(1024).decode()
        if not data:
            break
        print ("from connected  user: " + str(data))
                                                
        data = str(data).upper()
        print ("Received from User: " + str(data))

        data = input(" ? ")
        conn.send(data.encode())
                                                
    conn.close()
                
if __name__ == '__main__':
    Main()

Python-Client.py

在客户端，我们创建一个套接字并使用提供的主机和端口值连接到服务器。

客户端代码有一个用于交换消息的 while 循环。它不断打印从服务器获得的所有数据。
在此之后，会调用输入函数来请求客户端响应。然后将响应传递给服务器。
用户还可以在任何时间点输入“q”来停止通信。

import socket

def Main():
    host = '127.0.0.1'
    port = 5001

    mySocket = socket.socket()
    mySocket.connect((host,port))

    message = input(" ? ")

    while message != 'q':
        mySocket.send(message.encode())
	data = mySocket.recv(1024).decode()

	print ('Received from server: ' + data)
	message = input(" ? ")

    mySocket.close()

if __name__ == '__main__':
    Main()

如何运行客户端-服务器程序？

您需要从单独的命令窗口运行这两个模块，或者您可以在两个不同的 IDLE 实例中运行它们。

首先，您将执行服务器模块，然后是客户端。我们已经给出了客户端-服务器程序的完整执行摘要。

Python 3.5.1 (v3.5.1:37a07cee5969, Dec  6 2015, 01:54:25) [MSC v.1900 64 bit (AMD64)] on win32
Type "copyright", "credits" or "license()" for more information.

 RESTART: C:\Users\Techbeamers\AppData\Local\Programs\Python\Python35\Python-Server.py 
Connection from: ('127.0.0.1', 50001)
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Python 3.5.1 (v3.5.1:37a07cee5969, Dec 6 2015, 01:54:25) [MSC v.1900 64 bit (AMD64)] on win32
Type "copyright", "credits" or "license()" for more information.
 
 RESTART: C:\Users\Techbeamers\AppData\Local\Programs\Python\Python35\Python-Client.py 
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