Python 高级编程之网络编程 Socket（六）

一、概述

Python 网络编程是指使用 Python 语言编写的网络应用程序。这种编程涉及到网络通信、套接字编程、协议解析等多种方面的知识。

在 Python 中，有许多内置库和第三方库可以用于网络编程，例如：

• socket：它是 Python 的内置库，提供了一组简单的套接字 API，可以用于客户端/服务器编程。

• httplib：它是 Python 的内置库，提供了一组 API，可以用于发送 HTTP 请求和解析 HTTP 响应。

• urllib：它是 Python 的内置库，提供了一组 API，可以用于打开和读取 URL。

• BeautifulSoup：它是一个第三方库，可以用于解析 HTML 和 XML 文档，方便爬虫编程。

• Scrapy：它是一个第三方库，提供了一个高级的爬虫框架，可以方便爬虫编程。

使用这些库，可以实现各种类型的网络应用程序，如 Web 应用程序、网络爬虫、网络服务器、客户端/服务器程序等。

二、Python socket 模块

Python Socket 编程是 Python 中用于实现客户端/服务器网络通信的套接字编程。它是 Python 网络编程的基础。

Python 提供了两个基本的 socket 模块。

• 第一个是 Socket，它提供了标准的 BSD Sockets API。
• 第二个是 SocketServer， 它提供了服务器中心类，可以简化网络服务器的开发。

1）Socket 类型

套接字格式：

# 使用给定的地址族、套接字类型、协议编号（默认为0）来创建套接字。
socket(family,type[,protocal]) 

socket.AF_UNIX	只能够用于单一的Unix系统进程间通信
socket.AF_INET	服务器之间网络通信
socket.AF_INET6	IPv6
socket.SOCK_STREAM	流式socket , for TCP
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_SEQPACKET	可靠的连续数据包服务

1、创建 TCP Socket

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

示例如下：

import socket# 创建 socket 对象
tcp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 获取本地主机名
host = socket.gethostname()# 设置端口号
port = 12345# 绑定端口
tcp_socket.bind((host, port))# 监听端口
tcp_socket.listen(5)print(f"服务端已启动，等待客户端连接......")

以上代码实现了创建一个 TCP socket，并绑定了本地主机名和端口号，监听端口。

2、创建 UDP Socket

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

示例如下：

import socket# 创建 socket 对象
udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)# 获取本地主机名
host = socket.gethostname()# 设置端口号
port = 12345# 绑定端口
udp_socket.bind((host, port))print(f"服务端已启动，等待客户端发送数据......")

以上代码实现了创建一个 UDP socket，并绑定了本地主机名和端口号。

2）Socket 函数

注意点：

• TCP发送数据时，已建立好TCP连接，所以不需要指定地址。UDP是面向无连接的， 每次发送要指定是发给谁。
• 服务端与客户端不能直接发送列表，元组，字典。需要字符串化repr(data)。

1、服务端socket函数

socket函数	描述
s.bind(address)	将套接字绑定到地址, 在AF_INET下,以元组（host,port） 的形式表示地址.
s.listen(backlog)	开始监听TCP传入连接。backlog指定在拒绝连接之前，操作 系统可以挂起的最大连接数量。该值至少为1，大部分应用程 序设为5就可以了。
s.accept()	接受TCP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。

2、客户端socket函数

socket函数	描述
s.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。
s.connect_ex(adddress)	功能与connect(address)相同，但是成功返回0，失败返回error的值。

3、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，bufsize指定要接收的最大数据量。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string中的数据发送到连接的套接字。返回值是要 收的最大数据量。flag提供有关消发送的字节数量，该数量可能小于 息的其他信息，通常可以忽略。
s.sendall(string[,flag])	完整发送TCP数据。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。
s.recvfrom(bufsize[.flag])	接受UDP套接字的数据。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。
s.sendto(string[,flag],address)	发送UDP数据。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。
s.close()	关闭套接字。
s.getpeername()	返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。
s.getsockname()	返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)
s.setsockopt(level,optname,value)	设置给定套接字选项的值。
s.getsockopt(level,optname[.buflen])	设置给定套接字选项的值。
s.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connect()）
s.gettimeout()	返回当前超时期的值，单位是秒，如果没有设置超时期，则返回None。
s.fileno()	返回套接字的文件描述符。
s.setblocking(flag)	如果flag为0，则将套接字设为非阻塞模式，否则将套接字设为阻塞模式（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连的文件

Python 中的 socket 库提供了一组简单的 API，可以用于创建套接字，连接到远程服务器，接收和发送数据等。下面是一个简单的 Python Socket 示例：

import socket# 创建一个套接字
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 连接到远程服务器
s.connect(("www.google.com", 80))# 发送 HTTP 请求
s.send("GET / HTTP/1.0\r\n\r\n")# 接收响应数据
data = s.recv(4096)# 关闭套接字
s.close()# 打印响应数据
print(data)

三、单工，半双工以及全双工通信方式的区别

单工，半双工和全双工是通讯技术中的术语，指的是在通讯过程中，两端设备的信息传输方式不同。

• 单工（单向通信）：只有一端设备可以发送信息，另一端只能接收信息，两端不能同时发送和接收信息。

• 半双工（半双向通信）：两端设备同时可以发送和接收信息，但不能同时发送。两端各自占有通讯频道，在不同的时间段内交替发送和接收信息。

• 全双工（全双向通信）：两端设备同时可以发送和接收信息，并且可以同时发送。两端设备可以同时占有通讯频道，并且同时进行信息的传输。

不同的通讯方式适用于不同的场景，例如电话通话属于半双工通信，而网络数据传输通常属于全双工通信。在选择通讯技术时，需要根据具体应用场景，考虑通讯的实际需求，以选择最合适的通讯方式。

四、单工，半双工以及全双工Python示例

在 Python 中，我们可以使用 socket 模块来实现不同的通讯方式。

1）单工（单向通信）示例

服务端代码：

import socketserver_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.bind(('0.0.0.0', 8000))
server_socket.listen()connection, address = server_socket.accept()
print(f'Accepted connection from {address}')while True:data = connection.recv(1024)if not data:breakprint(f'Received data: {data.decode()}')connection.close()

客户端代码：

import socketclient_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client_socket.connect(('localhost', 8000))while True:data = input('Enter message to send: ')client_socket.sendall(data.encode())if data == 'quit':breakclient_socket.close()

2）半双工（半双向通信）示例

服务端代码：

import socketserver_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.bind(('0.0.0.0', 8000))
server_socket.listen()connection, address = server_socket.accept()
print(f'Accepted connection from {address}')while True:data = connection.recv(1024)if not data:breakprint(f'Received data: {data.decode()}')response = input('Enter response: ')connection.sendall(response.encode())if response == 'quit':breakconnection.close()

客户端代码：

import socketclient_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client_socket.connect(('localhost', 8000))while True:data = input('Enter message to send: ')client_socket.sendall(data.encode())if data == 'quit':breakresponse = client_socket.recv(1024).decode()print(f'Received response: {response}')client_socket.close()

3）全双工（全双向通信）示例

服务端代码：

import socket
import threadingserver_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.bind(('0.0.0.0', 8000))
server_socket.listen()connection, address = server_socket.accept()
print(f'Accepted connection from {address}')def receive_data():while True:data = connection.recv(1024)if not data:breakprint(f'Received data: {data.decode()}')def send_data():while True:data = input('Enter message to send: ')connection.sendall(data.encode())if data == 'quit':breakreceive_thread = threading.Thread(target=receive_data)
send_thread = threading.Thread(target=send_data)receive_thread.start()
send_thread.start()receive_thread.join()
send_thread.join()connection.close()

客户端代码：

import socket
import threadingclient_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client_socket.connect(('localhost', 8000))def receive_data():while True:data = client_socket.recv(1024).decode()if not data:breakprint(f'Received data: {data}')def send_data():while True:data = input('Enter message to send: ')client_socket.sendall(data.encode())if data == 'quit':breakreceive_thread = threading.Thread(target=receive_data)
send_thread = threading.Thread(target=send_data)receive_thread.start()
send_thread.start()receive_thread.join()
send_thread.join()client_socket.close()

Python 高级编程之网络编程 Socket讲解就先到这里，有任何疑问欢迎给我留言或私信，后续会持续更新相关技术文章，请小伙伴耐心等待哦，也可关注我的公众号【大数据与云原生技术分享】深入交流技术~