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Python中socket编程

时间:2018-11-13 02:45:28      阅读:259      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:main   返回   back   进一步   nec   总结   bytes   def   ati   

1、Socket介绍:

Python中提供socket.py标准库,非常底层的接口库。

Socket是一种通用的网络编程接口,和网络层次没有一一对应关系。

 

跨操作系统的。紧密结合tcp和udp来使用的。

 

接口简单,但是背后的原理不简单,ip加tcp,通过插两端。通过socket通道;连接程序。

建立关联。

 

 

apc库。

加端口是因为应用程序太多了。绑定ip地址,作为假端口。

 

端口是由谁管理的

一般都是tcp和udp编程。Socket基本的,chatserver。

 

 

协议族:AF 表示address family ,用于socket()的第一个参数。

名称

含义

AF_INET

Ipv4

AF_INET6

Ipv6

AF_UNIX

Unix domain socket,windows没有

第三个本机使用效率不错的,通用的话就是应该进一步考虑了。

Socket类型:

名称

含义

Sock_STREAM

面向连接的流套接字,默认值,tcp协议

SOCK_DGRAM

无连接的数据报文套接字,UDP协议

 

 

2、tcp编程

 

Tcp编程是IO密集型。多线程处理的问题。

 

Server端:1、要有socket接口。2、找ip地址和端口绑定。3、监听端口。4、accept,接受socket,创建小的socket端。直接和应用程序连接在一起的。5、读取用户数据。6、写,发送数据。7、数据完成后断开。

Client端:1、要有socket端,主动连接别人。2、connect建立连接,有socket,和端口和ip。

3、写,发送数据。4、读取服务器端数据。5、数据完成后关闭了。

服务器端没有响应了,tcp协议管理。

 

Socket会占用描述符,每一个都会创建一个文件描述符。客户端看到只有的是一个。

 

Import socket

Server = socket.socket()   socket接口。

Server.bind(ipaddr) 

Server.bind((‘0.0.0.0’,9999))绑定

Server.listen()监听

 

 

S2,iP2 = server.accept()

 

S1.recv(1024)缓冲区大小。

 

S1.send(b’ack’)

 

 

 

decode()解码
encode()编码

 

创建socket对象,

一个ip和一个端口只能被一个程序使用。端口只能进行一次监听,绑定,再次监听或者绑定的话就会报错。

使用完毕后必须进行关闭。

 

应用:

 

 

 

 

 

 

简单的实现:解决中文的情况,编解码的时候全部注明统一编码和解码。

import socket

server =socket.socket()
server.bind((‘127.0.0.1‘,99))
server.listen(99)

s1,ip = server.accept()
print(s1)
print(ip)

while True:
    data = s1.recv(1024)
    print(data)
    s1.send(‘ack{}‘.format(data.decode(‘gbk‘)).encode(‘gbk‘))


s1.close()

server.close()
 
 
 
 
 

<socket.socket fd=192, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=(‘127.0.0.1‘, 99), raddr=(‘127.0.0.1‘, 50149)>

(‘127.0.0.1‘, 50149)

b‘\xd6\xd0\xb9\xfa‘

客服端和服务器端建立间接,需要建立一条socket通道,每次建立连接,listen的端口都会和客户端建立的新的端口,因为连接端口就会阻塞,所以需要建立新的端口。隐士的还是看到连接的端口还是原来的socket。

 

 

 

 

 

应用:写一个群聊程序

1)第一步:import threading
import logging
import socket

FORMAT = ‘%(asctime)s %(threadName)s %(thread)d %(message)s‘
logging.basicConfig(format=FORMAT,level=logging.INFO)


class ChatServer:
    def __init__(self,ip=‘127.0.0.1‘,port=999):
        self.addr = (ip , port)
        self.socket = socket.socket()

    def start(self):
        self.socket.bind(self.addr)
        self.socket.listen()

        threading.Thread(target=self.accept,name=‘accept‘).start()

    def accept(self):
        while True:
            s,ip = self.socket.accept()
            logging.info(s)
            logging.info(ip)
            threading.Thread(target=self.connt,name=‘connt‘,args=(s,)).start()

    def connt(self,sockets):
        while True:
            data = sockets.recv(1024)
            logging.info(data)
            sockets.send(‘ack-{}‘.format(data.decode()).encode())


    def stop(self):
        self.socket.close()

cs = ChatServer()
cs.start()

 

2)第二步

把所有的客户端的ip和端口保留在一个容器里面,一个客户端发送消息到服务器端,服务器端,进行消息的转发等。

 

import threading
import logging
import socket

FORMAT = ‘%(asctime)s %(threadName)s %(thread)d %(message)s‘
logging.basicConfig(format=FORMAT,level=logging.INFO)


class ChatServer:
    def __init__(self,ip=‘127.0.0.1‘,port=999):
        self.addr = (ip , port)
        self.socket = socket.socket()
        self.cliens = {}

    def start(self):
        self.socket.bind(self.addr)
        self.socket.listen()

        threading.Thread(target=self.accept,name=‘accept‘).start()

    def accept(self):
        while True:
            s,ip = self.socket.accept()
            logging.info(s)
            logging.info(ip)
            self.cliens[ip] = s
            threading.Thread(target=self.connt,name=‘connt‘,args=(s,)).start()

    def connt(self,sockets):
        while True:
            data = sockets.recv(1024)
            logging.info(data)
            sockets.send(‘ack-{}‘.format(data.decode(‘gbk‘)).encode(‘gbk‘))
            for s in self.cliens.values():
                s.send(‘ack1-{}‘.format(data.decode(‘gbk‘)).encode(‘gbk‘))


    def stop(self):
        for s in self.cliens.values():
                s.close()

        self.socket.close()

cs = ChatServer()
cs.start()

 

其他方法:

名称

含义

Socket.recv(bufsize[,flags])

获取数据,默认阻塞的方式

Socket.recvfrom(bufsize[,flags])

获取数据,返回一个二元组(bytes,address)

Socket.recv_into(buffer[,nbytes[,flags]])

获取nbytes的数据后,存储到buffer中,如果nbytes没有指定或0,将buffer大小的数据存入buffer中,返回接受的字节数

Socket.recvfrom_into(buffer[,nbytes[,flags]])

获取数据,返回一个二元组(bytes,address)到buffer中

Socket.send(bytes[,flags])

TCP 发送数据

Socket.sendall(bytes[,flags])

TCP发送全部数据,成功返回None

Socket.sendto(string[,flag],address)

UDP发送数据

Socket.sendfile(file,offset=0,count=None)

发送一个文件直到EOF,使用高性能的os.sendfile机制,返回发送的字节数,如果win下不支持sendfile,或者不是普通文件,使用send()发送文件,offset告诉其实位置,3.5版本开始。

 

Makefile

Socket.makefile(mode=’r’,buffering=None,*,encoding=None,errors=None,newline=None)创建一个与该套接字相关连的文件对象,将recv方法看做读方法,将send方法看做是写方法。

异常不捕获会导致当前线程异常退出,不捕获直接到最外层,也就是主线程。

 

3、客户端tcp编程

import socket

raddr = (‘127.0.0.1‘,999)
client = socket.socket()
client.connect(raddr)

while True:
    data =  client.recv(1024)
    print(data)
    if data.strip() == b‘quit‘:
        break
    client.send(b‘ack‘)
client.close()

 

import threading
import socket
import logging
import datetime
FORMAT = ‘%(asctime)s %(threadName)s %(thread)d %(message)s‘
logging.basicConfig(format=FORMAT,level=logging.INFO)


class ChatClient:
    def __init__(self,ip=‘127.0.0.1‘,port=8080):
        self.clients = socket.socket()
        self.raddr = (ip,port)
        self.event = threading.Event()


    def start(self):
        self.clients.connect(self.raddr)
        self.send(‘I am ok‘)

        threading.Thread(target=self.recive,name=‘receive‘).start()

    def recive(self):
        while not self.event.is_set():
            data = self.clients.recv(1024)
            # logging.info(data)
            if data.strip() == b‘quit‘:
                break
            message = ‘{:%Y/%m/%d %H:%M:%S}{}:{}\n{}\n‘.format(datetime.datetime.now(),*self.raddr,data.strip())
            logging.info(message)
    def send(self,message:str):
        data = ‘{}\n‘.format(message.strip()).encode()
        self.clients.send(data)

    def stop(self):
        self.event.set()
        self.clients.close()

def main():
    cc = ChatClient()
    cc.start()

    while True:
        cmd = input(‘>>>>‘)
        if cmd.strip() == ‘quit‘:
            cc.stop()
            break
        cc.send(cmd)
        logging.info(threading.enumerate())

if __name__ == ‘__main__‘:
    main()

 

 

 

4、udp编程

 

同一个协议下绑定同一个端口,才会有端口冲突。Udp不会真的连接。

 

Import socket

Server=socket.socket(type=)

Server.bind(laddr)绑定本地自己用的。

Server.recv(1024)

 

Data ,raddr = Server.recvfrom(1024)

Server.sendto(b’back’,raddr);后面的ip可以是不存在的,都会发送出去的。

 

Server.connect(raddr)后面才可以使用send。一般都是客户端向服务端连接用的。

 

 

 

 

服务器端代码:

import socket
import threading
import logging

FORMAT = ‘%(asctime)s %(threadName)s %(thread)d %(message)s‘
logging.basicConfig(format=FORMAT,level=logging.INFO)

class ChatServer:

    def __init__(self,ip=‘127.0.0.1‘,port=9999):
        self.addr = (ip,port)
        self.sockets = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
        self.event = threading.Event()

    def start(self):
        self.sockets.bind(self.addr)
        threading.Thread(target=self.recv,name=‘recv‘).start()

    def recv(self):
        while not self.event.is_set():
            data,laddr = self.sockets.recvfrom(1024)
            logging.info(data)
            logging.info(laddr)

            msg = ‘ack.{}from{}{}‘.format(data.decode(),*laddr)
            masg1 = msg.encode()
            logging.info(msg)
            self.sockets.sendto(masg1,laddr)

    def stop(self):
        self.sockets.close()
        self.event.set()


def main():
    cs = ChatServer()
    cs.start()


    while True:
        cmd = input(‘>>>>‘)
        if cmd.strip() == ‘quit‘:
            cs.stop()
            break
        logging.info(threading.enumerate())

if __name__ == ‘__main__‘:
    main()

 

客户端代码:

import threading
import socket
import logging
import datetime

FORMAT = ‘%(asctime)s %(threadName)s %(thread)d %(message)s‘
logging.basicConfig(format=FORMAT,level=logging.INFO)


class ChatUdpClient:
    def __init__(self,ip=‘127.0.0.1‘,port=8080):
        self.addr = (ip,port)
        self.cucsocket = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
        self.event = threading.Event()

    def start(self):
        self.cucsocket.connect(self.addr)
        threading.Thread(target=self.recive,name=‘recive‘).start()

    def recive(self):
        while not self.event.is_set():
            data,raddr =self.cucsocket.recvfrom(1024)
            logging.info(data)
            logging.info(raddr)

            message = ‘{}from{}{}‘.format(data.decode(),*raddr)

    def send(self,message:str):
        self.cucsocket.sendto(message.encode(), self.addr)

    def stop(self):
        self.cucsocket.close()
        self.event.set()

def main():
    cuc = ChatUdpClient()
    cuc.start()


    while True:
        cmd = input(‘>>>‘)
        if cmd.strip() == ‘quit‘:
            cuc.stop()
            break
        cuc.send(cmd)
        logging.info(threading.enumerate())

if __name__ == ‘__main__‘:
    main()

 

 

 

 

ack机制和心跳heartbeat。

 

心跳机制:

1)一般来说客户端定时发往服务器端,服务器端并不需要ack回复客户端,只是需要记录客户端活着就可以了。(严格考虑时间的问题)

2)服务器端定时发往客户端,一般需要客户端ack响应来表示活着,如果没有收到ack的客户端,服务端移除其信息,这种实现复杂,用的较少。

 

3)也可以是双向都发心跳包的,用的情况下较少。

 

为True的时候就不进入循环了。

 

 

心跳包客户端代码:

import threading
import socket
import logging
import datetime

FORMAT = ‘%(asctime)s %(threadName)s %(thread)d %(message)s‘
logging.basicConfig(format=FORMAT,level=logging.INFO)


class ChatUdpClient:
    def __init__(self,ip=‘127.0.0.1‘,port=8080):
        self.addr = (ip,port)
        self.cucsocket = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
        self.event = threading.Event()

    def start(self):
        self.cucsocket.connect(self.addr)
        threading.Thread(target=self.sen_hb,name=‘hb‘).start()
        threading.Thread(target=self.recive,name=‘recive‘).start()

    def recive(self):
        while not self.event.is_set():
            data,raddr =self.cucsocket.recvfrom(1024)
            logging.info(data)
            logging.info(raddr)

            message = ‘{}from{}{}‘.format(data.decode(),*raddr)

    def send(self,message:str):
        self.cucsocket.sendto(message.encode(), self.addr)

    def sen_hb(self):
        self.send(‘hb‘)

    def stop(self):
        self.cucsocket.close()
        self.event.set()

def main():
    cuc = ChatUdpClient()
    cuc.start()


    while True:
        cmd = input(‘>>>‘)
        if cmd.strip() == ‘quit‘:
            cuc.stop()
            break
        cuc.send(cmd)
        logging.info(threading.enumerate())

if __name__ == ‘__main__‘:
    main()

 

心跳包服务器端代码:

import threading
import socket
import logging
import datetime

FORMAT = ‘%(asctime)s %(threadName)s %(thread)d %(message)s‘
logging.basicConfig(format=FORMAT,level=logging.INFO)


class ChatUdpServer:
    def __init__(self,ip=‘127.0.0.1‘,port=8080,interval=10):
        self.addr = (ip,port)
        self.udpsocket = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
        self.event = threading.Event()
        self.interval = interval
        self.clients = {}

    def start(self):
        self.udpsocket.bind(self.addr)
        threading.Thread(target=self.revice,name=‘recive‘).start()

    def revice(self):
        while not self.event.is_set():
            lset = set()
            data,raddr = self.udpsocket.recvfrom(1024)
            logging.info(data)
            logging.info(raddr)

            current = datetime.datetime.now().timestamp()
            if data.strip() == b‘hb‘:
                self.clients[raddr]=current
                continue
            elif data.strip() == b‘quit‘:  #有可能发出来的数据不在clients。
                self.clients.pop(raddr,None)
                logging.info(‘{}leaving‘.format(raddr))
                continue
            self.clients[raddr] = current
           
            message = ‘{}form{}{}‘.format(data.decode(),*raddr)
           
           
            for c ,stamp in self.clients.items():
                if current - stamp >self.interval:
                    lset.add(c)
                else:
                    self.udpsocket.sendto(message.encode(), raddr)
           
            for c in lset:
                self.clients.pop(c)


    def stop(self):
        self.event.set()
        self.udpsocket.close()

def main():

    cus = ChatUdpServer()
    cus.start()

    while True:
        cmd = input(‘>>>>‘)
        if cmd == ‘quit‘:
            cus.stop()
            break
        logging.info(threading.enumerate())



if __name__ == ‘__main__‘:
    main()

 

 

正在迭代字典的时候不能进行pop。。

将其添加到set中,之后再进行pop。

 

Udp协议应用:

是无连接协议,基于以下假设:网络足够好 消息不会丢包,包不会乱序。

但是,即使在局域网,也不能保证不丢包,而且包到达不一定有序。

应用场景在视频、音频传输,一般来说,丢些包,问题不大,最多丢图像,听不清话语,可以重新发话语来解决,海量采集数据,例如传感器发来的数据,丢十几,几百条没有太大问题,DNS协议,数据内容小,一个包能 查询到结果,不存在乱序,丢包,重新请求解析。

 

Udp性能优于tcp,但是可靠性场所适用于tcp。

Udp广域网。

 

二、Socketserver

Socket编程过于底层,Python中对api进行封装的就是socketserver模块,是网络编程框架,便于企业快速开发;

 

类的继承关系

 

 

Socketserver简化了网络服务器的编写。

有四个同步类:TCPserver,UDPserver,Unixstreamserver,Unixdatagramserver

2个Mixin类:ForkingMixin和threadingMixin类,用来支持异步

Class forKingUDPserver(forKingMixin,UDPserver):pass

Class forKingTCPserver(forKingMixin,TCPPserver):pass

Class ThreadingUDPserver(ThreadingMixin,UDPserver):pass

Class ThreadingTCPserver(ThreadingMixin,TCPserver):pass

class BaseServer:
        def __init__(self, server_address, RequestHandlerClass):
         """Constructor.  May be extended, do not override."""
        
self.server_address = server_address
         self.RequestHandlerClass = RequestHandlerClass
         self.__is_shut_down = threading.Event()
         self.__shutdown_request = False
        def finish_request(self, request, client_address):
         """Finish one request by instantiating RequestHandlerClass."""
        
self.RequestHandlerClass(request, client_address, self)

 

baserequesthandler类:

他是和用户连接的用户请求处理类的基类,定义为baserequesthandler(request,client_address,server)

 

服务器端server实例接受用户的请求偶,最后会实例化这个类。

被初始化以后,送入三个构造参数,request,client_address,server 本身。

以后就可以在baserequesthandler类的实例上使用以下属性:

Self.request是和客户端的连接的socket对象,

Self.server是TCPserver本身

Self.client_address是客户端地址。

 

这个类在初始化的过程中,会依次调用3个方法,子类可以覆盖这些方法

class BaseRequestHandler:

    """Base class for request handler classes.

    This class is instantiated for each request to be handled.  The
    constructor sets the instance variables request, client_address
    and server, and then calls the handle() method.  To implement a
    specific service, all you need to do is to derive a class which
    defines a handle() method.

    The handle() method can find the request as self.request, the
    client address as self.client_address, and the server (in case it
    needs access to per-server information) as self.server.  Since a
    separate instance is created for each request, the handle() method
    can define other arbitrary instance variables.

    """

   
def __init__(self, request, client_address, server):
        self.request = request
        self.client_address = client_address
        self.server = server
        self.setup()
        try:
            self.handle()
        finally:
            self.finish()

    def setup(self):
        pass

    def handle(self):
        pass

    def finish(self):
        pass

 

import threading
import socketserver


class Myhandler(socketserver.BaseRequestHandler):
    def handle(self):
        print(‘--------‘)
        print(self.server)
        print(self.request)
        print(self.client_address)
        print(self.__dict__)
        print(self.server.__dict__)

        print(threading.enumerate())
        print(threading.current_thread())

addr = (‘127.0.0.1‘,8080)
server = socketserver.ThreadingTCPServer(addr,Myhandler)

server.serve_forever()

 

 

import threading
import socketserver
import logging

FORMAT = ‘%(asctime)s %(threadName)s %(thread)d %(message)s‘
logging.basicConfig(format=FORMAT,level=logging.INFO)

class Myhandler(socketserver.BaseRequestHandler):
    def handle(self):
        print(‘--------‘)
        print(self.server)
        print(self.request)
        print(self.client_address)
        print(self.__dict__)
        print(self.server.__dict__)

        print(threading.enumerate())
        print(threading.current_thread())
        for i in range(2):
            data = self.request.recv(1024)
            logging.info(data)


addr = (‘127.0.0.1‘,8080)
server = socketserver.ThreadingTCPServer(addr,Myhandler)

server.serve_forever()

 

类命名:

 

编程接口:

Socketserver.baseserver(server_address,RequestHandlerclass)

需要提供服务器绑定的地址信息,和用于请求处理请求的requesthandlerclass类。

Requesthandlerclass类必须是baserequesthandler类的子类,在baseserver中代码如下:

 

创建、传端口、handler。

ThreadingTCPServer。多线程,异步的,同时处理多个连接,

TCPServer  TCP的,串行的。同步的,一个处理完毕后,才能处理下一个。只有主线程。

 

创建服务器需要几个步骤:

1)从baseRequestHandler类派生出子类,并覆盖其handler()方法来创建请求处理程序类,此方法将处理传入处理。

2)实例化一个服务器类,传参服务器的地址和请求处理类。

3)调用服务器实例的handle_request()或server_forever()方法。

4)调用server_close()关闭套接字。

 

实现echoserver

import threading
import socketserver
import logging
import sys


FORMAT = ‘%(asctime)s %(threadName)s %(thread)d %(message)s‘
logging.basicConfig(format=FORMAT,level=logging.INFO)


class EchoHandler(socketserver.BaseRequestHandler):
    clients = {}

    def setup(self):
        self.event = threading.Event()
        self.clients[self.client_address] = self.request


    def finish(self):
        self.event.set()

    def handle(self):
        while not self.event.is_set():
            data = self.request.recv(1024)
            logging.info(data)
            if data == b‘‘ or data ==‘quit‘:
                break
            msg = ‘{}‘.format(data.decode())
            for c in self.clients.values():
                c.send(msg.encode())

addr = (‘127.0.0.1‘,8080)
server = socketserver.ThreadingTCPServer(addr,EchoHandler)

# server.serve_forever()
t = threading.Thread(target=server.serve_forever,name=‘encho‘)
t.start()

if __name__ == ‘__main__‘:

    try:
        while True:
            cmd = input(‘>>>‘)
            if cmd.strip() == ‘quit‘:
                server.server_close()
                break
            logging.info(threading.enumerate())
    except Exception as e:
        logging.info(e)

    finally:
        print(‘exit‘)
        sys.exit(0)

 

解决客户端主动断开连接服务器端报错的方式:客户端主动断开,会导致recv方法会立即返回一个空bytes,并没有同事抛出异常,当循环到recv这一句的时候就会抛出异常,所以,可以通过判断data数据是否为空客户端是否断开。

 

 

总结:

为每一个连接提供requesthandlerclass类实例,依次调用setup、handler、finish方法,且使用了try..finally结构,保证finish方法一定被调用、这些方法一次执行完毕,如果想维持这个连接和客户端通信,就需要在handler函数中循环。

 

所持socketserver模块提供不同的类,但是编程接口一样的,即使是多进程、多线程的类也是一样,大大减少了编程的难度。

Python中socket编程

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