Python之Socket编程: 轻松连接你的应用程序

男娘i 2023-09-24 15:37 76阅读 0赞

## 前言 ##

### 什么是Socket? ###

Python 的 Socket 模块提供了一个标准的接口，可以让你使用网络连接来通信。

Socket 是一种网络通信技术，它提供了一个通用的接口来连接不同类型的网络，例如互联网、局域网和本地环回地址。你可以使用 Python 的 Socket 模块来创建客户端和服务器程序，以便在它们之间进行通信

### 什么是套接字? ###

套接字是用于在两台计算机之间进行网络通信的抽象层。它可以被看作是一个端口，可以用来连接不同计算机上的程序

套接字可以用于两台计算机之间的网络通信，也可以用于在同一台计算机上的程序之间进行通信。它们由两个部分组成：一个是地址，另一个是端口号。地址用来标识主机的网络位置，端口号用来标识运行在主机上的特定服务

常见的网络协议，如 TCP 和 UDP，都使用套接字来进行通信。套接字可以使用不同的协议来进行通信，比如 TCP 套接字和 UDP 套接字

套接字在多种编程语言中都有支持，例如 C，C++，Java 和 Python

### Socket的类型 ###

Socket 可以分为两种类型：流式 Socket 和数据报式 Socket。

*  流式 Socket 是为了传输字节流而设计的，适用于传输大量数据，例如文件传输。
 *  数据报式 Socket 是为了传输数据包而设计的，适用于传输少量数据，例如 DNS 查询

### Socket的通讯流程 ###

Socket 通信包括服务端和客户端两个角色。

服务端通过调用 `socket` 函数创建 Socket，并调用 `bind`、`listen` 和 `accept` 函数监听连接请求。客户端通过调用 `socket` 函数创建 Socket，并调用 `connect` 函数连接服务端

当连接建立后，服务端和客户端就可以通过 `send` 和 `recv` 函数进行通信了。

同时, Socket 还支持设置选项，例如设置超时时间、关闭延迟等

### Socket异常处理 ###

在 Python 中使用 socket 模块时，如果发生异常，会抛出一个异常对象。常见的 socket 异常包括如下:

*  `ConnectionRefusedError`：连接被服务器拒绝。
 *  `ConnectionResetError`：连接被服务器重置。
 *  `timeout`：操作超时。
 *  `OSError`：操作系统错误。

如下代码所示, 为了处理 socket 异常，需要使用 `try`\-`except` 语句

import socket
    
    try:
        # 创建 socket 对象
        s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        # 连接服务器
        s.connect(('www.example.com', 80))
    except ConnectionRefusedError:
        # 处理连接被拒绝的情况
        print("Connection refused by the server")
    except timeout:
        # 处理超时的情况
        print("Timed out")
    except OSError:
        # 处理操作系统错误的情况
        print("OS error")

在上面的代码中，我们尝试连接到给定的服务器，如果连接被拒绝，则会抛出 `ConnectionRefusedError` 异常；如果操作超时，则会抛出 `timeout` 异常；如果发生操作系统错误，则会抛出 `OSError` 异常。

## Socket模块函数 ##

### 创建Socket对象 ###

在 Python 中，你可以使用 `socket` 模块中的 `socket()` 函数来创建一个 Socket 对象。

例如，下面是一段代码，用于创建一个 Socket 对象

import socket
    
    # 创建 Socket 对象
    sock = socket.socket()
    
    # 这里可以做一些其他操作，例如绑定地址和端口，设置选项等
    # ...

例如下面的代码, Socket.socket() 函数调用创建了一个 socket 对象，该对象使用两个参数初始化：

*  socket.AF\_INET：这表示使用 IPv4 协议。
 *  socket.SOCK\_STREAM：这表示使用 TCP 协议

因此，这段代码创建的套接字是一个使用 IPv4 协议和 TCP 协议的网络套接字

import socket
    
    #使用Python的socket模块来创建套接字
    client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

### Socket对象常用方法 ###

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>Socket模块方法</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>sock.bind()</code></td> 
   <td>绑定一个地址和端口号到 Socket 对象上</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>sock.listen()</code></td> 
   <td>监听来自客户端的连接</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>sock.accept()</code></td> 
   <td>接收客户端的连接</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>sock.connect()</code></td> 
   <td>连接到服务器</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>sock.send()</code></td> 
   <td>发送数据到服务器</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>sock.recv()</code></td> 
   <td>从服务器接收数据</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>sock.close()</code></td> 
   <td>关闭Socket对象</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 关闭Socket对象 ###

关闭Socket对象除了使用`sock.close()`, 还有一种常见的方法是使用 Python 的上下文管理器，这样就不用手动关闭 socket 对象

在下面的代码中，当执行完 `with` 语句块中的代码时，socket 对象会自动关闭。这种方法通常比手动关闭 socket 对象更方便。

另外，还有一点需要注意：在处理 socket 异常时，通常需要考虑关闭 socket 对象。否则可能会导致资源泄露

import socket
    
    with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as s:
        # 连接服务器
        s.connect(('www.example.com', 80))
        # 在这里使用 socket 对象
    
    # 在这里 socket 对象已经自动关闭

## 一个简单的Socket实例 ##

### 客户端代码 ###

import socket
    
    # 创建 socket 对象
    client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    
    # 获取本地主机名
    host = socket.gethostname()
    
    port = 12345
    
    # 连接服务，指定主机和端口
    client_socket.connect((host, port))
    
    # 接收小于 1024 字节的数据
    msg = client_socket.recv(1024)
    
    # 关闭Socket对象
    client_socket.close()
    
    # 输出:对服务端发来的消息进行utf-8解码后的内容
    print(msg.decode('utf-8'))

### 服务端代码 ###

import socket
    
    # 创建 socket 对象
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    
    # 获取本地主机名
    host = socket.gethostname()
    
    port = 12345
    
    # 绑定端口
    server_socket.bind((host, port))
    
    # 设置最大连接数，超过后排队
    server_socket.listen(5)
    
    while True:
        # 建立客户端连接
        client_socket, addr = server_socket.accept()
        print("连接地址: %s" % str(addr))
        
        # 对发送数据进行utf-8编码
        msg = "Hello World"
        client_socket.send(msg.encode('utf-8'))
        
        # 关闭Socket对象
        client_socket.close()

### 运行测试 ###

先运行服务端代码, 再运行客户端代码, 随后在客户端界面接受到服务端发来的"Hello World"  
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