socket通常也称作"套接字",用于描述IP地址和端口,是一个通信链的句柄,应用程序通常通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求。socket起源于Unix,而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”,对于文件用【打开】【读写】【关闭】模式来操作。 socket就是该模式的一个实现,socket即是一种特殊的文件,一些socket函数就是对其进行的操作(读/写IO、打开、关闭)

有关socket的详细介绍请看:

http://blog.csdn.net/sight_/article/details/8138802

socket和file的区别:

  • file模块是针对某个指定文件进行【打开】【读写】【关闭】

  • socket模块是针对服务器端和客户端Socket进行【打开】【读写】【关闭】

    socket通信原理如下:

基于以上原理图,运用如下代码来实现效果:

socket server

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#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
__author__ = 'ryan'
import socket
conn = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
conn.bind(('127.0.0.1',9000))
conn.listen(5)
while True:
     print "waiting receiving from client....."
     connetcion,address=conn.accept()
     data = connetcion.recv(1024)
     print "received from %s,%s" %(address,data)
     connetcion.send(data)
     connetcion.close()

socket client

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#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
__author__ = 'ryan'
 
import socket
client_conn=socket.socket()
client_conn.connect(('127.0.0.1',9000))
input_data = raw_input("pls input:")
client_conn.send(input_data)
received_server=client_conn.recv(1024)
print "received data from server: %s:" % received_server
client_conn.close()

分别启动服务端和客户端程序:

server运行:

wKiom1asjUvDcWd_AAIGyTLoJZo099.png

client运行

wKioL1asjdnROCLcAAD9DjnTkbQ550.png

此时输入内容(这里我们输入python test)

wKioL1asjknxNPnBAAFsEZebC8s587.png

此时server  端状态:

wKiom1asjnKQQU7kAAEqVSlSeiE536.png

接下来对代码进行解释:

WEB服务应用(server):

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#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
__author__ = 'ryan'
#!/usr/bin/env python
#coding:utf-8
import socket
#导入socket模块
 #定义handle_request函数
def handle_request(client):
    #定义变量buf等于类clinet下的方法recv接收的内容(这里内容是1024)
    buf = client.recv(1024)
    #定义send方法发送的内容
    client.send("HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n")
    client.send("Hello, World")
 #定义main函数
def main():
    #通过socket.socket类实例化一个对象sock,即创建一个连接
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    #对象sock调用类socket中的方法bind,并传入参数'localhost'和8080;即指定地址和打开的端口
    sock.bind(('localhost',8080))
    #对象sock调用类socket中的方法listen并传入参数5,这里定义最大连接数,同时连接过来的连接数超过5就会被拒绝掉
    sock.listen(5)
    while True:
        #sock对象调用accept方法等待客户端发送过来的请求;
        #connection代表客户端sock对象,address连接过来的客户端IP地址;connection类似于土电话(两个易拉罐底部串个
        #细线)细线。
这里就会阻塞,等待客户端连接过来
        connection, address = sock.accept()
        connection.recv(1024)
        #通过connection(细线/管道)最多接收客户端发送过来请求的字节数(这里定义1024),
这里
        #就会阻塞,等待客户端发送数据
        
        #handle_request(connection)
        #connection调用send方法发送数据,这里发送数据实际上是往缓冲区发,然后让缓冲区
        #根据自己的算法发送出去(到客户端,这里的数据是"HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n"和"Hello,world")
        connection.send("HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n")
        connection.sendall("HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n")
        #sendall也是往缓冲区发,发完会后缓冲区立即发送出去不用再调用缓冲区的算法
        connection.send("Hello, World")
        #关闭连接端口
        connection.close()
if __name__ == '__main__':
     main()


注意:服务端有两处阻塞:

①connection, address = sock.accept() #等待客户端连接过来,处于阻塞状态

②connection.recv(1024) #等待接收客户端发送数据过来,处于阻塞状态


注意:sock.close()与connection.close()的区别:

sock.close()是关闭服务端的socket程序本身的连接,关闭后整个服务端socket程序就退出运行;

connection.close()是关闭服务端socket程序与客户端 连接,关闭后,服务端的socket程序仍然还在运行.


WEB服务应用(client):

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#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
__author__ = 'ryan'
import socket
#通过socket实例化一个对象obj
obj=socket.socket()
#调用socket类中的方法connect,并传入参数(localhost,8080);换句话说建立连接
obj.connect(('localhost',8080))
#对象obj调用send方法传入参数"this is a client";即发送数据到服务端
obj.send("this is a client")
#对象obj调用recv方法接收数据,传入参数1024;即最大接收字节数为1024个
recv_server_data=obj.recv(1024)
print recv_server_data
#obj调用socket类中的方法close;即关闭连接
obj.close()

分别启动服务端 客户端运行结果如下:

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D:\Python27\python.exe C:/Users/ryan/PycharmProjects/day08/clientdemo.py
HTTP/1.1 200 OK

常见功能详解:

sock = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM,0)

参数一:地址簇

socket.AF_INET IPv4(默认)
socket.AF_INET6 IPv6
socket.AF_UNIX 只能够用于单一的Unix系统进程间通信

参数二:类型

socket.SOCK_STREAM  流式socket , for TCP (默认)
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_RDM 是一种可靠的UDP形式,即保证交付数据报但不保证顺序。SOCK_RAM用来提供对原始协议的低级访问,在需要执行某些特殊操作时使用,如发送ICMP报文。SOCK_RAM通常仅限于高级用户或管理员运行的程序使用。
socket.SOCK_SEQPACKET 可靠的连续数据包服务

参数三:协议

0  (默认)与特定的地址家族相关的协议,如果是 0 ,则系统就会根据地址格式和套接类别,自动选择一个合适的协议

UDP实例

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import socket
ip_port = ('127.0.0.1',9999)
sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM,0)
sk.bind(ip_port)
while True:
    data = sk.recv(1024)
    print data
import socket
ip_port = ('127.0.0.1',9999)
sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM,0)
while True:
    inp = raw_input('数据:').strip()
    if inp == 'exit':
        break
    sk.sendto(inp,ip_port)
sk.close()

sock.bind(address)
s.bind(address) 将套接字绑定到地址。address地址的格式取决于地址族。在AF_INET下,以元组(host,port)的形式表示地址。

sock.listen(backlog)
开始监听传入连接。backlog指定在拒绝连接之前,可以挂起的最大连接数量。
      backlog等于5,表示内核已经接到了连接请求,但服务器还没有调用accept进行处理的连接个数最大为5
      这个值不能无限大,因为要在内核中维护连接队列

sock.setblocking(bool)
是否阻塞(默认True),如果设置False,那么accept和recv时一旦无数据,则报错。

sock.accept()
接受连接并返回(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。接收TCP 客户的连接(阻塞式)等待连接的到来

sock.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。

sock.connect_ex(address)
同上,只不过会有返回值,连接成功时返回 0 ,连接失败时候返回编码,例如:10061

sock.close()
关闭套接字

sock.recv(bufsize[,flag])
接受套接字的数据。数据以字符串形式返回,bufsize指定最多可以接收的数量。flag提供有关消息的其他信息,通常可以忽略。

sock.recvfrom(bufsize[.flag])
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。

sock.send(string[,flag])
将string中的数据发送到连接的套接字。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。即:可能未将指定内容全部发送。

sock.sendall(string[,flag])
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。 内部通过递归调用send,将所有内容发送出去。

sock.sendto(string[,flag],address)
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。该函数主要用于UDP协议。

sock.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 client 连接最多等待5s )

sock.getpeername()
返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组(ipaddr,port)。

sock.getsockname()
返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)

sock.fileno()

套接字的文件描述符


实例:智能机器人

服务端:

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#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import socket
ip_port = ('127.0.0.1',8888)
sk = socket.socket()
sk.bind(ip_port)
sk.listen(5)
while True:
    conn,address =  sk.accept()
    conn.sendall('欢迎致电 10086,请输入1xxx,0转人工服务.')
    Flag = True
    while Flag:
        data = conn.recv(1024)
        if data == 'exit':
            Flag = False
        elif data == '0':
            conn.sendall('通过可能会被录音.balabala一大推')
        else:
            conn.sendall('请重新输入.')
    conn.close()

客户端

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#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import socket
ip_port = ('127.0.0.1',8005)
sk = socket.socket()
sk.connect(ip_port)
sk.settimeout(5)
while True:
    data = sk.recv(1024)
    print 'receive:',data
    inp = raw_input('please input:')
    sk.sendall(inp)
    if inp == 'exit':
        break
sk.close()


SocketServer模块

  SocketServer内部使用 IO多路复用 以及 “多线程” 和 “多进程” ,从而实现并发处理多个客户端请求的Socket服务端。即:每个客户端请求连接到服务器时,Socket服务端都会在服务器是创建一个“线程”或者“进 程” 专门负责处理当前客户端的所有请求。


SocketServer模块下的ThreadingTCPServer类

ThreadingTCPServer实现的Soket服务器内部会为每个client创建一个 “线程”,该线程用来和客户端进行交互。


1、ThreadingTCPServer基础
使用ThreadingTCPServer:
①创建一个继承自 SocketServer.BaseRequestHandler 的类
②类中必须定义一个名称为 handle 的方法
③启动ThreadingTCPServer


SocketServer实现服务端

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#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
__author__ = 'ryan'
 
import SocketServer
 
import os
class MyServer(SocketServer.BaseRequestHandler):
 
    def handle(self):
        #print self.request,self.client_address,self.server
        print "got connection from"self.client_address
        while True:
                data = self.request.recv(1024)
                print "Recv from  cmd:%s" %(data)
 
                cmd_res = os.popen(data).read()
                print 'cmd_res:',len(cmd_res)
                self.request.send(str(len(cmd_res)))
                self.request.recv(1024)#接收一次,将第一次与第二次之间数据隔开,解决连包问题
                self.request.sendall(cmd_res)
 
if __name__ == '__main__':
    server = SocketServer.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8009),MyServer)
    server.serve_forever()


代码说明:代码说明:


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代码说明:
 server = SocketServer.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8009),MyServer)
 #实际上是实例化一个对象server,而参数(('127.0.0.1',8009),MyServer)是定义启动服务的地址和端口,MyServer其实是将上面定义的MyServer类进行实例化,换句话说就是当每次一个请求过来就通过server来实例化一个线程,即创建一个MyServer实例;
   具体解释为:每一个客户端请求过来,类ThreadingTCPServer就会把类MyServer进行实例化一次,另外实例化之后服务端要跟客户端进行交互,那么交互的方式就是通过类MyServer中定义的handle方法来实现,然后调用类ThreadingTCPServer中的server_forever方法来启动服务.
   另外MyServer类中因为继承了类BaseRequestHandler,所以在MyServer类定义handle方法的实质是对BaseRequestHandler类中的handle方法的改写,因为BaseRequestHandler类的代码中
有定义handle方法:源码如下:
class BaseRequestHandler:
    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
   所以在语句server = SocketServer.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8009),MyServer)中,
其实就是传递两个参数给ThreadingTCPServer类进行创建实例,server.serve_forever()语句其实就是一个while循环,与以前写的,如下:
while True:
     print "waiting receiving from client....."
     connetcion,address=conn.accept()
     data = connetcion.recv(1024)
     print "received from %s,%s" %(address,data)
     connetcion.send(data)
     connetcion.close()
类似,当然这个不是accept,而是用的select,一直循环,当一个请求过来了,就会把上一句(server = SocketServer.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8009),MyServer))中传递过来的参数MyServer类名后加一个括号,即MyServer()进行实例化,所以每次客户端请求过来,
都会执行一个MyServer()实例操作,即实例化一个对象,而实例化一个对象之后,就要执行类
MyServer的__init__方法,但是我们现在定义的类MyServer中没有__init__方法,所以就要到父类中继续查找__init__方法,即:
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
   由于父类中定义了handle方法,而且在try self.handle执行了handle方法,因为在父类中handle方法为空,所以就继续执行子类MyServer中定义的handle方法,这也是为什么我们在定义MyServer类中再定义一个方法时必须取名为handle而不能用其他名字


SocketServer实现客户端

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socket
ip_port = ()
sk = socket.socket()
sk.connect(ip_port)
sk.settimeout()
:
    inp = ()
    sk.sendall(inp)
    res_size=sk.recv()
    res_size(res_size)
    total_size = (res_size)
    sk.send(inp)received_size=:
            data=sk.recv()
            received_size += (data)
            total_size == received_size:
                data
                data
    inp == :
        sk.close()




2、ThreadingTCPServer源码剖析

ThreadingTCPServer的类图关系如下:

http://images2015.cnblogs.com/blog/425762/201512/425762-20151226133025359-790393993.jpg

内部调用流程为:

  • 启动服务端程序

  • 执行 TCPServer.__init__ 方法,创建服务端Socket对象并绑定 IP 和 端口

  • 执行 BaseServer.__init__ 方法,将自定义的继承自SocketServer.BaseRequestHandler 的类 MyRequestHandle赋值给 self.RequestHandlerClass

  • 执行 BaseServer.server_forever 方法,While 循环一直监听是否有客户端请求到达 ...

  • 当客户端连接到达服务器

  • 执行 ThreadingMixIn.process_request 方法,创建一个 “线程” 用来处理请求

  • 执行 ThreadingMixIn.process_request_thread 方法

  • 执行 BaseServer.finish_request 方法,执行 self.RequestHandlerClass()  即:执行 自定义 MyRequestHandler 的构造方法(自动调用基类BaseRequestHandler的构造方法,在该构造方法中又会调用 MyRequestHandler的handle方法)



示例服务端

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#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
__author__ = 'ryan'
import SocketServer
import os
class MyServer(SocketServer.BaseRequestHandler):
    def handle(self):
        #print self.request,self.client_address,self.server
        print "got connection from"self.client_address
        while True:
                data = self.request.recv(1024)
                print "Recv from  cmd:%s" %(data)
                cmd_res = os.popen(data).read()
                print 'cmd_res:',len(cmd_res)
                self.request.send(str(len(cmd_res)))
                self.request.recv(1024)#接收一次,将第一次与第二次之间数据隔开,解决连包问题
                self.request.sendall(cmd_res)
if __name__ == '__main__':
    server = SocketServer.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8009),MyServer)
    server.serve_forever()

示例客户端

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#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
__author__ = 'ryan'
 
import socket
ip_port = ('127.0.0.1',8009)
sk = socket.socket()
sk.connect(ip_port)
sk.settimeout(5)
 
while True:
    inp = raw_input('please input:')
    sk.sendall(inp)
    res_size=sk.recv(1024)
    print 'going to recv data size:',res_size,type(res_size)
    total_size = int(res_size)
    sk.send(inp)#---->多发送一次解决连包问题
    received_size=0
 
    while True:
            data=sk.recv(1024)
            received_size += len(data)
            print '----data----'
            #if len(data)<1024:
            if total_size == received_size:
                print data
                print '----not data---'
                break
            print data
 
    if inp == 'exit':
        break
 
sk.close()

源码精简:

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import socket
import threading
import select
def process(request, client_address):
    print request,client_address
    conn = request
    conn.sendall('欢迎致电 10086,请输入1xxx,0转人工服务.')
    flag = True
    while flag:
        data = conn.recv(1024)
        if data == 'exit':
            flag = False
        elif data == '0':
            conn.sendall('通过可能会被录音.balabala一大推')
        else:
            conn.sendall('请重新输入.')
sk = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sk.bind(('127.0.0.1',8002))
sk.listen(5)
while True:
    r, w, e = select.select([sk,],[],[],1)
    print 'looping'
    if sk in r:
        print 'get request'
        request, client_address = sk.accept()
        = threading.Thread(target=process, args=(request, client_address))
        t.daemon = False
        t.start()
sk.close()

  如精简代码可以看出,SocketServer的ThreadingTCPServer之所以可以同时处理请求得益于 select 和 Threading 两个东西,其实本质上就是在服务器端为每一个客户端创建一个线程,当前线程用来处理对应客户端的请求,所以,可以支持同时n个客户端链接(长连接)。


ForkingTCPServer类

ForkingTCPServer和ThreadingTCPServer的使用和执行流程基本一致,只不过在内部分别为请求者建立"线程""进程"

程序示例如下:

服务端

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#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import SocketServer
class MyServer(SocketServer.BaseRequestHandler):
    def handle(self):
        # print self.request,self.client_address,self.server
        conn = self.request
        conn.sendall('欢迎致电 10086,请输入1xxx,0转人工服务.')
        Flag = True
        while Flag:
            data = conn.recv(1024)
            if data == 'exit':
                Flag = False
            elif data == '0':
                conn.sendall('通过可能会被录音.balabala一大推')
            else:
                conn.sendall('请重新输入.')
if __name__ == '__main__':
    server = SocketServer.ForkingTCPServer(('127.0.0.1',8009),MyServer)
    server.serve_forever()

客户端

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#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import socket
ip_port = ('127.0.0.1',8009)
sk = socket.socket()
sk.connect(ip_port)
sk.settimeout(5)
while True:
    data = sk.recv(1024)
    print 'receive:',data
    inp = raw_input('please input:')
    sk.sendall(inp)
    if inp == 'exit':
        break
sk.close()

 以上ForkingTCPServer只是将 ThreadingTCPServer 实例中的代码:

server = SocketServer.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8009),MyRequestHandler)
变更为:
server = SocketServer.ForkingTCPServer(('127.0.0.1',8009),MyRequestHandler)

SocketServer的ThreadingTCPServer之所以可以同时处理请求得益于select  os.fork 两个东西,其实本质上就是在服务器端为每一个客户端创建一个进程,当前新创建的进程用来处理对应客户端的请求,所以,可以支持同时n个客户端链接(长连接)。

源码剖析参考 ThreadingTCPServer

Twisted

Twisted是一个事件驱动的网络框架,其中包含了诸多功能,例如:网络协议、线程、数据库管理、网络操作、电子邮件等。

事件驱动

简而言之,事件驱动分为二个部分:第一,注册事件;第二,触发事件

自定义事件驱动框架,命名为:“弑君者”:

最牛逼的事件驱动框架

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#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
# event_drive.py
event_list = []
def run():
    for event in event_list:
        obj = event()
        obj.execute()
class BaseHandler(object):
    """
    用户必须继承该类,从而规范所有类的方法(类似于接口的功能)
    """
    def execute(self):
        raise Exception('you must overwrite execute')

程序员使用“弑君者框架”:

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#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
from source import event_drive
class MyHandler(event_drive.BaseHandler):
    def execute(self):
        print 'event-drive execute MyHandler'
event_drive.event_list.append(MyHandler)
event_drive.run()

如上述代码,事件驱动只不过是框架规定了执行顺序,程序员在使用框架时,可以向原执行顺序中注册“事件”,从而在框架执行时可以出发已注册的“事件”。

基于事件驱动Socket


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#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
  
from twisted.internet import protocol
from twisted.internet import reactor
  
class Echo(protocol.Protocol):
    def dataReceived(self, data):
        self.transport.write(data)
  
def main():
    factory = protocol.ServerFactory()
    factory.protocol = Echo
  
    reactor.listenTCP(8000,factory)
    reactor.run()
  
if __name__ == '__main__':
    main()



程序执行流程:

  • 运行服务端程序

  • 创建Protocol的派生类Echo

  • 创建ServerFactory对象,并将Echo类封装到其protocol字段中

  • 执行reactor的 listenTCP 方法,内部使用 tcp.Port 创建socket server对象,并将该对象添加到了 reactor的set类型的字段 _read 中

  • 执行reactor的 run 方法,内部执行 while 循环,并通过 select 来监视 _read 中文件描述符是否有变化,循环中...

  • 客户端请求到达

  • 执行reactor的 _doReadOrWrite 方法,其内部通过反射调用 tcp.Port 类的 doRead 方法,内部 accept 客户端连接并创建Server对象实例(用于封装客户端socket信息)和 创建 Echo 对象实例(用于处理请求) ,然后调用 Echo 对象实例的 makeConnection 方法,创建连接。

  • 执行 tcp.Server 类的 doRead 方法,读取数据,

  • 执行 tcp.Server 类的 _dataReceived 方法,如果读取数据内容为空(关闭链接),否则,出发 Echo 的 dataReceived 方法

  • 执行 Echo 的 dataReceived 方法

从源码可以看出,上述实例本质上使用了事件驱动的方法 和 IO多路复用的机制来进行Socket的处理。

异步IO操作代码:

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#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
from twisted.internet import reactor, protocol
from twisted.web.client import getPage
from twisted.internet import reactor
import time
class Echo(protocol.Protocol):
    def dataReceived(self, data):
        deferred1 = getPage('http://cnblogs.com')
        deferred1.addCallback(self.printContents)
        deferred2 = getPage('http://baidu.com')
        deferred2.addCallback(self.printContents)
        for in range(2):
            time.sleep(1)
            print 'execute ',i
    def execute(self,data):
        self.transport.write(data)
    def printContents(self,content):
        print len(content),content[0:100],time.time()
def main():
    factory = protocol.ServerFactory()
    factory.protocol = Echo
    reactor.listenTCP(8000,factory)
    reactor.run()
if __name__ == '__main__':
    main()