socket模块

7.1 什么是socket？

我们再往深挖一点。首先我们学会了操作request，然后是http.client，再后来是代理。那么接下来呢？接下来我们看看这些库的底层...

Socket（字面意思——插座）——是网络中的节点，通过它数据发送和接收。可以把Socket看作是两个程序之间通信的终端点，可以在同一台机器上运行，也可以在不同机器上。

Socket支持多种网络协议，但最常用的是两种：

• TCP（Transmission Control Protocol）：可靠的协议，提供连接建立、数据完整性检查及其正确顺序。
• UDP（User Datagram Protocol）：非连接导向协议，不保证数据传输，但在某些应用程序中更快、更高效。

为了识别Socket，使用IP地址（识别网络中的设备）和端口（识别设备上的应用程序或服务）。

重要! IP地址和端口唯一标识网络中的程序。就像家庭地址和公寓号。家庭地址（IP地址）是计算机在网络中的地址，而端口是程序接收和发送消息的公寓号。

更详细的信息关于IP地址和端口的可以在专门讲解网络构造的讲座中找到。

使用Socket的主要步骤：

1. 创建Socket：程序创建Socket，指定协议类型（TCP或UDP）。
2. 绑定地址：Socket绑定到IP地址和端口，以便于连接或发送/接收数据。
3. 监听和建立连接（对TCP）：
   • 监听：服务器端的Socket进入监听模式，等待传入连接。
   • 建立连接：客户端发起与服务器的连接。服务器接受连接，创建新Socket来与客户端互动。
4. 数据交换：客户端和服务器之间交换数据。对于TCP，数据是以可靠的顺序传输的。
5. 关闭连接：数据交换完成后关闭连接。

使用Socket的优点：

• 灵活性：Socket允许应用程序进行数据交换，无论其位置和平台。
• 性能：Socket提供了一种快速且有效的数据传输方式，尤其是在使用UDP的情况下。
• 可靠性（对于TCP）：TCP协议确保数据的可靠传输，并进行完整性检查及丢失包恢复。

7.2 创建Socket服务器

通过Python中的内建模块socket可以操作Socket，它提供了低级网络编程的接口。

借助Socket可以创建socket服务器——应用程序/对象，用于接收客户端请求并回应它们。以及socket客户端——应用程序/对象，用于向socket服务器发送请求并接收响应。

要创建一个socket服务器，需要完成三个步骤：

1. 创建socket服务器对象。
2. 绑定（bind）到某个IP和端口。
3. 开启监听模式（listen）接收传入消息。

代码看起来大概是这样：

import socket

# 创建socket
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    
# 绑定socket到地址和端口
server_socket.bind(('localhost', 12345))
    
# 监听传入连接
server_socket.listen(5)
print("服务器等待连接中...")

这里socket.AF_INET表示我们使用IPv4进行网络协议，而socket.SOCK_STREAM表示我们使用TCP。这些参数最常用于创建网络应用程序。

收到传入消息后，还需要做四件事：

1. 与客户端建立(accept)连接。
2. 从客户端接收(receive)请求（数据）。
3. 发送(send)响应给客户端——也是一些数据。
4. 关闭(close)连接。

代码看起来大概是这样：

# 接受新连接
client_socket, client_address = server_socket.accept()
print(f"已经与{client_address}建立连接")

# 从客户端接收数据
data = client_socket.recv(1024)
print(f"接收到: {data.decode('utf-8')}")

# 发送数据给客户端
client_socket.sendall(b'Hello, client!')

# 关闭与客户端的连接
client_socket.close()

使用sendall()而不是send()，因为它能确保所有数据被发送。send()可能只发送部分数据，如果缓冲区已满。

数字1024在recv(1024)中指示一次可以接收的最大字节数。这有助于控制单次操作处理的数据量。

最后一个例子的代码通常在一个无限循环中执行——服务器处理请求，等待下一个，然后再处理，如此循环。

如果你想在自己机器上运行或想看看完整示例，可以参考以下代码：

import socket

# 创建socket
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        
# 绑定socket到地址和端口
server_socket.bind(('localhost', 12345))
        
# 监听传入连接
server_socket.listen(5)
print("服务器等待连接中...")
        
while True:
    # 接受新连接
    client_socket, client_address = server_socket.accept()
    print(f"已经与{client_address}建立连接")
        
    # 从客户端接收数据
    data = client_socket.recv(1024)
    print(f"接收到: {data.decode('utf-8')}")
        
    # 发送数据给客户端
    client_socket.sendall(b'Hello, client!')
        
    # 关闭与客户端的连接
    client_socket.close()

7.3 创建Socket客户端

我们已经创建了Socket服务器，现在让我们编写自己的Socket客户端，它将与服务器通信并接收到来自服务器的数据作为响应。

为此需要完成五个步骤：

1. 创建socket客户端对象。
2. 与我们socket服务器的IP地址和端口建立连接(connect)。
3. 向服务器发送(send)消息。
4. 从服务器接收(receive)数据。
5. 关闭(close)连接。

实际上，这比听起来简单。代码如下：

import socket

# 创建socket
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    
# 与服务器建立连接
client_socket.connect(('localhost', 12345))
    
# 向服务器发送数据
client_socket.sendall(b'Hello, server!')
    
# 从服务器接收数据
data = client_socket.recv(1024)
print(f"从服务器接收到: {data.decode('utf-8')}")
    
# 关闭socket
client_socket.close()

如果那边没有启动socket服务器或者连接中断，将会引发socket.error异常。所以不要忘记处理异常。

今天我们就到这里，结束Socket的操作了。

在进行任何网络操作时，主机、端口、IP地址、连接建立、请求监听等等会一再出现。因此，理解它们在底层的工作原理会大大简化你的生活，并帮助你将零散的知识拼接成一幅完整的画面。