Socket是網絡編程的一個抽象概念。通常我們用一個Socket表示“打開了一個網絡鏈接”,而打開一個Socket需要知道目標計算機的IP地址和端口號,再指定協議類型即可。
客戶端
大多數連接都是可靠的TCP連接。創建TCP連接時,主動發起連接的叫客戶端,被動響應連接的叫服務器。
舉個例子,當我們在瀏覽器中訪問新浪時,我們自己的計算機就是客戶端,瀏覽器會主動向新浪的服務器發起連接。如果一切順利,新浪的服務器接受了我們的連接,一個TCP連接就建立起來的,后面的通信就是發送網頁內容了。
所以,我們要創建一個基于TCP連接的Socket,可以這樣做:
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# 導入socket庫: import socket # 創建一個socket: s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 建立連接: s.connect(( 'www.sina.com.cn' , 80 )) |
創建Socket時,AF_INET指定使用IPv4協議,如果要用更先進的IPv6,就指定為AF_INET6。SOCK_STREAM指定使用面向流的TCP協議,這樣,一個Socket對象就創建成功,但是還沒有建立連接。
客戶端要主動發起TCP連接,必須知道服務器的IP地址和端口號。新浪網站的IP地址可以用域名www.sina.com.cn自動轉換到IP地址,但是怎么知道新浪服務器的端口號呢?
答案是作為服務器,提供什么樣的服務,端口號就必須固定下來。由于我們想要訪問網頁,因此新浪提供網頁服務的服務器必須把端口號固定在80端口,因為80端口是Web服務的標準端口。其他服務都有對應的標準端口號,例如SMTP服務是25端口,FTP服務是21端口,等等。端口號小于1024的是Internet標準服務的端口,端口號大于1024的,可以任意使用。
因此,我們連接新浪服務器的代碼如下:
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s.connect(( 'www.sina.com.cn' , 80 )) |
注意參數是一個tuple,包含地址和端口號。
建立TCP連接后,我們就可以向新浪服務器發送請求,要求返回首頁的內容:
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# 發送數據: s.send( 'GET / HTTP/1.1\r\nHost: www.sina.com.cn\r\nConnection: close\r\n\r\n' ) |
TCP連接創建的是雙向通道,雙方都可以同時給對方發數據。但是誰先發誰后發,怎么協調,要根據具體的協議來決定。例如,HTTP協議規定客戶端必須先發請求給服務器,服務器收到后才發數據給客戶端。
發送的文本格式必須符合HTTP標準,如果格式沒問題,接下來就可以接收新浪服務器返回的數據了:
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# 接收數據: buffer = [] while True : # 每次最多接收1k字節: d = s.recv( 1024 ) if d: buffer .append(d) else : break data = ''.join( buffer ) |
接收數據時,調用recv(max)方法,一次最多接收指定的字節數,因此,在一個while循環中反復接收,直到recv()返回空數據,表示接收完畢,退出循環。
當我們接收完數據后,調用close()方法關閉Socket,這樣,一次完整的網絡通信就結束了:
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# 關閉連接: s.close() |
接收到的數據包括HTTP頭和網頁本身,我們只需要把HTTP頭和網頁分離一下,把HTTP頭打印出來,網頁內容保存到文件:
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header, html = data.split( '\r\n\r\n' , 1 ) print header # 把接收的數據寫入文件: with open ( 'sina.html' , 'wb' ) as f: f.write(html) |
現在,只需要在瀏覽器中打開這個sina.html文件,就可以看到新浪的首頁了。
服務器
和客戶端編程相比,服務器編程就要復雜一些。
服務器進程首先要綁定一個端口并監聽來自其他客戶端的連接。如果某個客戶端連接過來了,服務器就與該客戶端建立Socket連接,隨后的通信就靠這個Socket連接了。
所以,服務器會打開固定端口(比如80)監聽,每來一個客戶端連接,就創建該Socket連接。由于服務器會有大量來自客戶端的連接,所以,服務器要能夠區分一個Socket連接是和哪個客戶端綁定的。一個Socket依賴4項:服務器地址、服務器端口、客戶端地址、客戶端端口來唯一確定一個Socket。
但是服務器還需要同時響應多個客戶端的請求,所以,每個連接都需要一個新的進程或者新的線程來處理,否則,服務器一次就只能服務一個客戶端了。
我們來編寫一個簡單的服務器程序,它接收客戶端連接,把客戶端發過來的字符串加上Hello再發回去。
首先,創建一個基于IPv4和TCP協議的Socket:
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
然后,我們要綁定監聽的地址和端口。服務器可能有多塊網卡,可以綁定到某一塊網卡的IP地址上,也可以用0.0.0.0綁定到所有的網絡地址,還可以用127.0.0.1綁定到本機地址。127.0.0.1是一個特殊的IP地址,表示本機地址,如果綁定到這個地址,客戶端必須同時在本機運行才能連接,也就是說,外部的計算機無法連接進來。
端口號需要預先指定。因為我們寫的這個服務不是標準服務,所以用9999這個端口號。請注意,小于1024的端口號必須要有管理員權限才能綁定:
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# 監聽端口: s.bind(( '127.0.0.1' , 9999 )) |
緊接著,調用listen()方法開始監聽端口,傳入的參數指定等待連接的最大數量:
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s.listen( 5 ) print 'Waiting for connection...' |
接下來,服務器程序通過一個永久循環來接受來自客戶端的連接,accept()會等待并返回一個客戶端的連接:
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while True : # 接受一個新連接: sock, addr = s.accept() # 創建新線程來處理TCP連接: t = threading.Thread(target = tcplink, args = (sock, addr)) t.start() |
每個連接都必須創建新線程(或進程)來處理,否則,單線程在處理連接的過程中,無法接受其他客戶端的連接:
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def tcplink(sock, addr): print 'Accept new connection from %s:%s...' % addr sock.send( 'Welcome!' ) while True : data = sock.recv( 1024 ) time.sleep( 1 ) if data = = 'exit' or not data: break sock.send( 'Hello, %s!' % data) sock.close() print 'Connection from %s:%s closed.' % addr |
連接建立后,服務器首先發一條歡迎消息,然后等待客戶端數據,并加上Hello再發送給客戶端。如果客戶端發送了exit字符串,就直接關閉連接。
要測試這個服務器程序,我們還需要編寫一個客戶端程序:
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s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 建立連接: s.connect(( '127.0.0.1' , 9999 )) # 接收歡迎消息: print s.recv( 1024 ) for data in [ 'Michael' , 'Tracy' , 'Sarah' ]: # 發送數據: s.send(data) print s.recv( 1024 ) s.send( 'exit' ) s.close() |
我們需要打開兩個命令行窗口,一個運行服務器程序,另一個運行客戶端程序,就可以看到效果了:
小結
用TCP協議進行Socket編程在Python中十分簡單,對于客戶端,要主動連接服務器的IP和指定端口,對于服務器,要首先監聽指定端口,然后,對每一個新的連接,創建一個線程或進程來處理。通常,服務器程序會無限運行下去。
同一個端口,被一個Socket綁定了以后,就不能被別的Socket綁定了。
源碼參考:https://github.com/michaelliao/learn-python/tree/master/socket