python基础-第八篇-8.1初识Socket

socket基础

　　socket通常也称作"套接字"，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄，应用程序通常通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求。

socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，对于文件用【打开】【读写】【关闭】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和file的区别：

file模块是针对某个指定文件进行【打开】【读写】【关闭】
socket模块是针对服务器端和客户端Socket 进行【打开】【读写】【关闭server端

import socket

ip_port = ('127.0.0.1',9999)

sk = socket.socket()
sk.bind(ip_port)
sk.listen(5)

while True:
    print 'server waiting...'
    conn,addr = sk.accept()

    client_data = conn.recv(1024)
    print client_data
    conn.sendall('不要回答,不要回答,不要回答')

    conn.close()

server端

import socket

sk = socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1',8001))
sk.sendall(bytes('请求占领宇宙',encoding='utf-8'))

server_reply = sk.recv(1024)
print(str(server_reply,encoding='utf-8'))

sk.close()

client端

WEB服务应用

import socket

def handle_request(client):
    buf = client.recv(1024)
    client.send(bytes("HTTP/1.1 200 OK

"))
    client.send(bytes('hello world',encoding='utf-8'))

def main():
    sock = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    sock.bind(('localhost',8000))
    sock.listen(5)
    
    while True:
        connection,address = sock.accept()
        handle_request(connection)
        connection.close()

if __name__ == '__main__':
    main()

更多功能

sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM,0)

参数一：地址簇

　　socket.AF_INET IPv4（默认）
　　socket.AF_INET6 IPv6

　　socket.AF_UNIX 只能够用于单一的Unix系统进程间通信

参数二：类型

　　socket.SOCK_STREAM　　流式socket , for TCP （默认）
　　socket.SOCK_DGRAM　　数据报式socket , for UDP

　　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

参数三：协议

　　0　　（默认）与特定的地址家族相关的协议,如果是 0 ，则系统就会根据地址格式和套接类别,自动选择一个合适的协议

# 服务端
import socket
ip_port = ('127.0.0.1',9999)
sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM,0)
sk.bind(ip_port)

while True:
    data,(host,port) = sk.recvfrom(1024)
    print(data,host,port)
    sk.sendto(bytes('ok', encoding='utf-8'), (host,port))


#客户端
import socket
ip_port = ('127.0.0.1',9999)

sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM,0)
while True:
    inp = input('数据：').strip()
    if inp == 'exit':
        break
    sk.sendto(bytes(inp, encoding='utf-8'),ip_port)
    data = sk.recvfrom(1024)
    print(data)

sk.close()

UDP

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

实例：模拟10086

#server：

import socket

ip_port = ('127.0.0.1',8888)
sk = socket.socket()
sk.bind(ip_port)
sk.listen(5)

while True:
    conn,address =  sk.accept()
    conn.sendall('欢迎致电 10086，请输入1xxx,0转人工服务.')
    Flag = True
    while Flag:
        data = conn.recv(1024)
        if data == 'exit':
            Flag = False
        elif data == '0':
            conn.sendall('通过可能会被录音.balabala一大推')
        else:
            conn.sendall('请重新输入.')
    conn.close()

#client：

import socket


ip_port = ('127.0.0.1',8005)
sk = socket.socket()
sk.connect(ip_port)
sk.settimeout(5)

while True:
    data = sk.recv(1024)
    print 'receive:',data
    inp = raw_input('please input:')
    sk.sendall(inp)
    if inp == 'exit':
        break

sk.close()

IO多路复用

　　我们知道socket，服务端同时只能处理一个请求
　　而IO多路复用是基于select + socket实现伪并发
　　socketserver则是真正的并发操作，基于select/epoll + socket + 多线程

原理：可以监听多个文件描述符（文件句柄--socket对象），一旦文件句柄出现变化，即可感知
server端要实现监听多个端口，怎么实现？答案就是要么客户排队，要么公司多叫几个人或安装几台机器，而IO多路复用是让客户排队实现伪并发
select实现IO多路复用，执行过程是由系统底层实现的，不是python
windows只支持select，select有文件描述符的限制--1024个
select，poll在底层是通过for循环实现的（好比：被动的去询问每个人），epoll则不是，靠的是对象的主动反馈（好比：有人有事主动来找）
select第二参数可以用于读写分离，或者说是收发分离，r_list负责收，

select方法

　　Python中有一个select模块，其中提供了：select、poll、epoll三个方法，分别调用系统的 select，poll，epoll 从而实现IO多路复用。

Windows Python：
    提供： select
Mac Python：
    提供： select
Linux Python：
    提供： select、poll、epoll

　　注意：网络操作、文件操作、终端操作等均属于IO操作，对于windows只支持Socket操作，其他系统支持其他IO操作，但是无法检测普通文件操作自动上次读取是否已经变化。

对于select方法：

句柄列表11, 句柄列表22, 句柄列表33 = select.select(句柄序列1, 句柄序列2, 句柄序列3, 超时时间)
 
参数： 可接受四个参数（前三个必须）
返回值：三个列表
 
select方法用来监视文件句柄，如果句柄发生变化，则获取该句柄。
1、当 参数1 序列中的句柄发生可读时（accetp和read），则获取发生变化的句柄并添加到 返回值1 序列中
2、当 参数2 序列中含有句柄时，则将该序列中所有的句柄添加到 返回值2 序列中
3、当 参数3 序列中的句柄发生错误时，则将该发生错误的句柄添加到 返回值3 序列中
4、当 超时时间 未设置，则select会一直阻塞，直到监听的句柄发生变化
   当 超时时间 ＝ 1时，那么如果监听的句柄均无任何变化，则select会阻塞 1 秒，之后返回三个空列表，如果监听的句柄有变化，则直接执行。

server端

import socket
import select

sk1 = socket.socket()
sk1.bind(('127.0.0.1',8001))
sk1.listen()

inputs = [sk1,]

while True:
    r_list,m_list,n_list = select.select(inputs,[],inputs,1)
    print(len(inputs),r_list)
    #inputs里一旦有变化的对象，就把变化的对象添加到r_list
    for sk in r_list:
        #如果是服务端的socket对象变化，就是有来连接了
        if sk == sk1:
            #当有客户连接进来时，把客户端的socket对象加入到监听列表
            conn,addr = sk1.accept()
            inputs.append(conn)
        else:
            #有老客户发来消息
            try:
                bt = sk.recv(1024)
            except Exception as ex:
                #当退出程序不再发信息时，py3报错--捕获异常
                inputs.remove(sk)
            else:
                s = str(bt, encoding='utf-8')
                sk.sendall(bytes(s + '好', encoding='utf-8'))

    for i in n_list:
        n_list.remove(i)

client端

import socket

sk = socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1',8009))

bt = sk.recv(1024)
print(str(bt,encoding='utf-8'))

while True:
    s = input('请输入内容：')
    sk.sendall(bytes(s,encoding='utf-8'))
    bt = sk.recv(1024)
    print(str(bt, encoding='utf-8'))

多端口监听

import socket
import select


ip_port = ('127.0.0.1',8001)
obj1 = socket.socket()
obj1.bind(ip_port)
obj1.listen()

ip_port = ('127.0.0.1',8002)
obj2 = socket.socket()
obj2.bind(ip_port)
obj2.listen()

ip_port = ('127.0.0.1',8003)
obj3 = socket.socket()
obj3.bind(ip_port)
obj3.listen()

li = [obj1,obj2,obj3,]

while True:
    #[obj1,obj2,obj3,],select内部自动监听obj1，obj2，obj3三个对象，一旦某个句柄发生变化，就加入到第一个列表r_list
    r_list,w_list,e_list = select.select(li,[],[],1)
    for sk in r_list:
        conn,address = sk.accept()
        conn.sendall(bytes('你好！',encoding='utf-8'))
        conn.close()

server

import socket
import select

ip_port = ('127.0.0.1',8001)
sk = socket.socket()
sk.bind(ip_port)
sk.listen()

inputs = [sk,]
outputs = []
message_dict = {}

while True:
    r_list,w_list,e_list = select.select(inputs,outputs,inputs,1)
    print('正在监听的socket对象%d'%len(inputs))
    print(r_list)

    for sk_or_conn in r_list:
        #每一个连接对象
        if sk_or_conn == sk:
            #表示有新用户连接进来
            conn,address = sk_or_conn.accept()
            inputs.append(conn)
            message_dict[conn] = []
        else:
            #有老客户发消息了
            try:
                data_bytes = sk_or_conn.recv(1024)
            except Exception as e:
                inputs.remove(sk_or_conn)

            else:
                data_str = str(data_bytes,encoding='utf-8')
                message_dict[sk_or_conn].append(data_str)
                outputs.append((sk_or_conn))

    for conn in w_list:
        recv_str = message_dict[conn][0]
        del message_dict[conn][0]
        conn.sendall(bytes(recv_str + '好',encoding='utf-8'))
        outputs.remove(conn)

    for sk in e_list:
        inputs.remove(sk)

基于select实现收发分离

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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 笔者：拍省先生　