Python Socket编程实现服务端与客户端通讯

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场景

在班级机房中, 每个人开一个服务器进程, 当收到客户端发过来的get请求时候, 返回自己的学号, 身高, 体重, 穿衣服尺码. 每个人写一个客户端, (机房IP地址是连续的40个)爬取同学们的信息, 然后本地计算哪两位同学体型最相似。

简单的测试

为了实现场景中的功能，首先要实现服务端与客户端的通讯。这篇文章暂时不会实现场景中功能，而是实现一个实现一个简单的测试通讯版本。

Socket

Python 提供了两个基本的 socket 模块：

  • Socket 它提供了标准的BSD Socket API。
  • SocketServer 它提供了服务器重心，可以简化网络服务器的开发。

下面是关于Socket模块的功能。

Socket 类型

套接字格式：socket(family, type[,protocal]) 使用给定的套接族，套接字类型，协议编号（默认为0）来创建套接字

socket 类型 描述
socket.AF_UNIX 用于同一台机器上的进程通信（既本机通信）
socket.AF_INET 用于服务器与服务器之间的网络通信
socket.AF_INET6 基于IPV6方式的服务器与服务器之间的网络通信
socket.SOCK_STREAM 基于TCP的流式socket通信
socket.SOCK_DGRAM 基于UDP的数据报式socket通信
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_SEQPACKET 可靠的连续数据包服务

创建TCP Socket：

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

创建UDP Socket：

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sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

Socket 函数

  • TCP发送数据时，已建立好TCP链接，所以不需要指定地址，而UDP是面向无连接的，每次发送都需要指定发送给谁。
  • 服务器与客户端不能直接发送列表，元素，字典等带有数据类型的格式，发送的内容必须是字符串数据。

服务器端 Socket 函数

Socket 函数 描述
s.bind(address) 将套接字绑定到地址，在AF_INET下，以tuple(host, port)的方式传入，如s.bind((host, port))
s.listen(backlog) 开始监听TCP传入连接，backlog指定在拒绝链接前，操作系统可以挂起的最大连接数，该值最少为1，大部分应用程序设为5就够用了
s.accept() 接受TCP链接并返回（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是链接客户端的地址。

客户端 Socket 函数

Socket 函数 描述
s.connect(address) 链接到address处的套接字，一般address的格式为tuple(host, port)，如果链接出错，则返回socket.error错误
s.connect_ex(address) 功能与s.connect(address)相同，但成功返回0，失败返回errno的值

公共 Socket 函数

Socket 函数 描述
s.recv(bufsize[, flag]) 接受TCP套接字的数据，数据以字符串形式返回，buffsize指定要接受的最大数据量，flag提供有关消息的其他信息，通常可以忽略
s.send(string[, flag]) 发送TCP数据，将字符串中的数据发送到链接的套接字，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
s.sendall(string[, flag]) 完整发送TCP数据，将字符串中的数据发送到链接的套接字，但在返回之前尝试发送所有数据。成功返回None，失败则抛出异常
s.recvfrom(bufsize[, flag]) 接受UDP套接字的数据u，与recv()类似，但返回值是tuple(data, address)。其中data是包含接受数据的字符串，address是发送数据的套接字地址
s.sendto(string[, flag], address) 发送UDP数据，将数据发送到套接字，address形式为tuple(ipaddr, port)，指定远程地址发送，返回值是发送的字节数
s.close() 关闭套接字
s.getpeername() 返回套接字的远程地址，返回值通常是一个tuple(ipaddr, port)
s.getsockname() 返回套接字自己的地址，返回值通常是一个tuple(ipaddr, port)
s.setsockopt(level, optname, value) 设置给定套接字选项的值
s.getsockopt(level, optname[, buflen]) 返回套接字选项的值
s.settimeout(timeout) 设置套接字操作的超时时间，timeout是一个浮点数，单位是秒，值为None则表示永远不会超时。一般超时期应在刚创建套接字时设置，因为他们可能用于连接的操作，如s.connect()
s.gettimeout() 返回当前超时值，单位是秒，如果没有设置超时则返回None
s.fileno() 返回套接字的文件描述
s.setblocking(flag) 如果flag为0，则将套接字设置为非阻塞模式，否则将套接字设置为阻塞模式（默认值）。非阻塞模式下，如果调用recv()没有发现任何数据，或send()调用无法立即发送数据，那么将引起socket.error异常。
s.makefile() 创建一个与该套接字相关的文件

Socket 编程思想

TCP 服务器

1、创建套接字，绑定套接字到本地IP与端口

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s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind()

2、开始监听链接

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s.listen()

3、进入循环，不断接受客户端的链接请求

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While True:
    s.accept()

4、接收客户端传来的数据，并且发送给对方发送数据

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s.recv()
s.sendall()

5、传输完毕后，关闭套接字

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s.close()

TCP 客户端

1、创建套接字并链接至远端地址

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s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect()

2、链接后发送数据和接收数据

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s.sendall()
s.recv()

3、传输完毕后，关闭套接字

实现（python2）

Socket编程实践之服务器端代码

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import socket
import json

HOST = '127.0.0.1'
PORT = 1024

msg = {'id':'1527406014','height':178,'weight':60,'size':'XXL'}

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((HOST, PORT))
s.listen(5)

print('Server start at: %s:%s' %(HOST,PORT))
print('wait for connection...')

while True:
    connection, address = s.accept()
    print('Connected by ',address)

    while True:
    	connection.send(json.dumps(msg))
    	connection.close()

需要注意的是s.send()中的数据类型必须为String，而我们的信息在客户端的存储并不是String类型，而是dict，这里借助json.dumps()来转换Python的数据结构。

Socket编程实践之客户端代码

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import socket

HOST = '127.0.0.1'
PORT = 1024

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect((HOST, PORT))
data = s.recv(1024)
print(data)

目前的客户端功能比较简单，只是简单的访问服务端然后获取数据。

问题与改进

以上貌似已经完成了，但是运行客户端得到服务器发送的消息后服务器端进程就结束了并报错socket.error: [Errno 9] Bad file descriptor。原因是服务器端在send一次信息后就close了对应的连接，所以再次send就会报错。这样就达不到我们希望的服务器端一直运行等待其他客户端的连接然后发送消息的效果。

改进后服务器端代码如下：

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import socket
import threading
import json

HOST = '127.0.0.1'
PORT = 1024

msg = {'id':'1527406014','height':178,'weight':60,'size':'XXL'}

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((HOST, PORT))
s.listen(5)

print('Server start at: %s:%s' %(HOST,PORT))
print('wait for connection...')

def link(connection,address):
	print('Connected by ',address)
	connection.send(json.dumps(msg))
	connection.close()

while True:
    connection, address = s.accept()
    thread = threading.Thread(target = link,args = (connection,address))
    thread.start()

这里使用了线程的方法，服务器端一直在运行每当有客户端连接的时候就开一个线程，在线程里给该客户端发送消息并close与该客户端的连接，而服务器端的服务不会停止。

参考文章

Python Socket编程详细介绍

python 多线程就这么简单

读写JSON数据