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Python基础-socket编程

AllenOR灵感
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发布于 2017/09/10 00:50
字数 6647
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一、网络编程

自从互联网诞生以来,现在基本上所有的程序都是网络程序,很少有单机版的程序了。

计算机网络就是把各个计算机连接到一起,让网络中的计算机可以互相通信。网络编程就是如何在程序中实现两台计算机的通信

举个例子,当你使用浏览器访问新浪网时,你的计算机就和新浪的某台服务器通过互联网连接起来了,然后,新浪的服务器把网页内容作为数据通过互联网传输到你的电脑上。

由于你的电脑上可能不止浏览器,还有QQ、Skype、Dropbox、邮件客户端等,不同的程序连接的别的计算机也会不同,所以,更确切地说,网络通信是两台计算机上的两个进程之间的通信。比如,浏览器进程和新浪服务器上的某个Web服务进程在通信,而QQ进程是和腾讯的某个服务器上的某个进程在通信。

网络编程对所有开发语言都是一样的,Python也不例外。用Python进行网络编程,就是在Python程序本身这个进程内,连接别的服务器进程的通信端口进行通信。

二、c/s架构

C/S又称Client/Server或客户/服务器模式。

Client/Server结构是20世纪80年代末提出的。这种结构的系统把较复杂的计算和管理任务交给网络上的高档机器——服务器,而把一些频繁与用户打交道的任务交给前端较简单的计算机—客户机。通过这种方式,将任务合理分配到客户端和服务器端,既充分利用了两端硬件环境的优势,又实现了网络上信息资源的共享。由于这种结构比较适于局域网运行环境,因此逐渐得到了广泛的应用。

三、Socket是什么

我们学习Socket就是为了完成C/S架构的开发。

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层,它是一组接口。在设计模式中,Socket其实就是一个门面模式,它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面,对用户来说,一组简单的接口就是全部,让Socket去组织数据,以符合指定的协议。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 所以,我们无需深入理解tcp/udp协议,socket已经为我们封装好了,我们只需要遵循socket的规定去编程,写出的程序自然就是遵循tcp/udp标准的。

 四、Socket的发展史及分类

Socket的英文原义是“孔”或“插座”。作为BSD UNIX的进程通信机制,取后一种意思。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,可以用来实现不同虚拟机或不同计算机之间的通信。

套接字起源于20世纪70年代加利福尼亚大学伯克利分校版本的Unix,即人们所说的 BSD Unix。 因此,有时人们也把套接字称为“伯克利套接字”或“BSD 套接字”。一开始,套接字被设计用在同一台主机上多个应用程序之间的通讯。这也被称为进程间通讯或 IPC。套接字有两种(或者称为有两个种族),分别是基于文件型的和基于网络型的。 

  1. 基于文件类型的套接字家族:AF_UNIX
    unix一切皆文件,基于文件的套接字调用的就是底层的文件系统来取数据,两个套接字进程运行在同一机器,可以通过访问同一个文件系统间接完成通信
  2. 基于网络类型的套接字家族:AF_INET
    还有AF_INET6被用于ipv6,还有一些其他的地址家族,不过,他们要么是只用于某个平台,要么就是已经被废弃,或者是很少被使用,或者是根本没有实现,所有地址家族中,AF_INET是使用最广泛的一个,python支持很多种地址家族,但是由于我们只关心网络编程,所以大部分时候只使用AF_INET

五、Scoket的工作流程

先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket,然后与端口绑定(bind),对端口进行监听(listen),调用accept阻塞,等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket,然后连接服务器(connect),如果连接成功,这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求,服务器端接收请求并处理请求,然后把回应数据发送给客户端,客户端读取数据,最后关闭连接,一次交互结束。

 1 import socket
 2 socket.socket(socket_family,socket_type,protocal=0)
 3 #socket_family 可以是 AF_UNIX 或 AF_INET。socket_type 可以是 SOCK_STREAM 或 SOCK_DGRAM。protocol 一般不填,默认值为 0。
 4 
 5 #获取tcp/ip套接字
 6 tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 7 
 8 #获取udp/ip套接字
 9 udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
10 
11 “”“由于 socket 模块中有太多的属性。我们在这里破例使用了'from module import *'语句。使用 'from socket import *',我们就把 socket 模块里的所有属性都带到我们的命名空间里了,这样能 大幅减短我们的代码。
12 例如tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)”“”
实例

 

  •  服务端套接字函数
    s.bind()        绑定(主机,端口号)到套接字
    s.listen()      开始TCP监听
    s.accept()    被动接受TCP客户的连接,(阻塞式)等待连接的到来
  • 客户端套接字函数
    s.connect()          主动初始化TCP服务器连接
    s.connect_ex()     connect()函数的扩展版本,出错时返回出错码,而不是抛出异常
  • 公共用途的套接字函数
    s.recv()                  接收TCP数据
    s.send()                   发送TCP数据(send在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据丢失,不会发完)
    s.sendall()                发送完整的TCP数据(本质就是循环调用send,sendall在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据不丢失,循环调用send直到发完)
    s.recvfrom()             接收UDP数据
    s.sendto()                发送UDP数据
    s.getpeername()      连接到当前套接字的远端的地址
    s.getsockname()      当前套接字的地址
    s.getsockopt()         返回指定套接字的参数
    s.setsockopt()         设置指定套接字的参数
    s.close()                 关闭套接字
  • 面向锁的套接字方法
    s.setblocking()       设置套接字的阻塞与非阻塞模式
    s.settimeout()        设置阻塞套接字操作的超时时间
    s.gettimeout()        得到阻塞套接字操作的超时时间
  • 面向文件的套接字的函数
    s.fileno()              套接字的文件描述符
    s.makefile()         创建一个与该套接字相关的文件

六、基于TCP的Socket

TCP服务端:

 1 ss = socket()     #创建服务器套接字
 2 ss.bind()          #把地址绑定到套接字
 3 ss.listen()         #监听链接
 4 inf_loop:          #服务器无限循环
 5     cs = ss.accept() #接受客户端链接
 6     comm_loop:         #通讯循环
 7         cs.recv()        #对话(接收)
 8         cs.send()       #对话(发送)
 9     cs.close()    #关闭客户端套接字
10 ss.close()        #关闭服务器套接字(可选)    

 

TCP客户端:

1 cs = socket()     # 创建客户套接字
2 cs.connect()      # 尝试连接服务器
3 comm_loop:        # 通讯循环
4     cs.send()     # 对话(发送)
5     cs.recv()     # 对话(接收)
6 cs.close()        # 关闭客户套接字

 

实例1:

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 import socket
 4 ip_port=('127.0.0.1',8081)#电话卡(服务器的IP及端口,元组的格式)
 5 BUFSIZE=1024        #指定一次能接收数据的最大容量
 6 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
 7 s.bind(ip_port) #手机插卡
 8 s.listen(5)     #手机待机(监听缓存区容量)
 9 
10 
11 while True:                         #新增接收链接循环,可以不停的接电话
12     conn,addr=s.accept()            #手机接电话
13     # print(conn)
14     # print(addr)
15     print('接到来自%s的电话' %addr[0])
16     while True:                         #新增通信循环,可以不断的通信,收发消息
17         msg=conn.recv(BUFSIZE)             #听消息,听话
18 
19         if len(msg) == 0:break        #如果不加,那么正在链接的客户端突然断开,recv便不再阻塞,死循环发生
20 
21         print(msg,type(msg))
22 
23         conn.send(msg.upper())          #发消息,说话
24 
25     conn.close()                    #挂电话
26 
27 s.close()                       #手机关机
服务端

 

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 import socket
 4 ip_port=('127.0.0.1',8081)
 5 BUFSIZE=1024
 6 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
 7 
 8 s.connect_ex(ip_port)           #拨电话
 9 
10 while True:                             #新增通信循环,客户端可以不断发收消息
11     msg=input('>>: ').strip()
12     if len(msg) == 0:continue
13     s.send(msg.encode('utf-8'))         #发消息,说话(只能发送字节类型)
14 
15     feedback=s.recv(BUFSIZE)                           #收消息,听话
16     print(feedback.decode('utf-8'))
17 
18 s.close()                                       #挂电话
客户端

 

问题:

有的同学在重启服务端时可能会遇到

这个是由于你的服务端仍然存在四次挥手的time_wait状态在占用地址(如果不懂,请深入研究1.tcp三次握手,四次挥手 2.syn洪水攻击 3.服务器高并发情况下会有大量的time_wait状态的优化方法)

解决方法:

1 #加入一条socket配置,重用ip和端口
2 
3 phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
4 phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) #就是它,在bind前加
5 phone.bind(('127.0.0.1',8080))
方法1

 

 1 发现系统存在大量TIME_WAIT状态的连接,通过调整linux内核参数解决,
 2 vi /etc/sysctl.conf
 3 
 4 编辑文件,加入以下内容:
 5 net.ipv4.tcp_syncookies = 1
 6 net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
 7 net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
 8 net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
 9  
10 然后执行 /sbin/sysctl -p 让参数生效。
11  
12 net.ipv4.tcp_syncookies = 1 表示开启SYN Cookies。当出现SYN等待队列溢出时,启用cookies来处理,可防范少量SYN攻击,默认为0,表示关闭;
13 
14 net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 表示开启重用。允许将TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP连接,默认为0,表示关闭;
15 
16 net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 表示开启TCP连接中TIME-WAIT sockets的快速回收,默认为0,表示关闭。
17 
18 net.ipv4.tcp_fin_timeout 修改系統默认的 TIMEOUT 时间
方法2

 

实例2:

 1 import socket, threading, time
 2 
 3 def tcplink(sock, addr):
 4     """每个连接都必须创建新线程(或进程)来处理,否则,单线程在处理连接的过程中,无法接受其他客户端的连接"""
 5     print('Accept new connection from %s: %s' % addr)
 6     sock.send(b'Welcome!')
 7     while True:
 8         data = sock.recv(1024)
 9         time.sleep(1)
10         if not data or data.decode('utf-8') == 'exit':
11             break
12         sock.send(('Hello, %s!' % data.decode('utf-8')).encode('utf-8'))
13     sock.close()
14     print('Connection from %s: %s closed.' % addr)
15 
16 
17 s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
18 #监听端口
19 s.bind(('127.0.0.1', 9999))
20 s.listen(5)
21 print('Waiting for connection...')
22 while True:
23     #接受一个新连接
24     sock, addr = s.accept()
25     #创建新线程来处理TCP连接
26     t = threading.Thread(target=tcplink, args=(sock, addr))
27     t.start()
服务端

 

 1 import socket
 2 
 3 s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 4 # 建立连接:
 5 s.connect(('127.0.0.1', 9999))
 6 # 接收欢迎消息:
 7 print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
 8 for data in [b'Michael', b'Tracy', b'Sarah']:
 9     # 发送数据:
10     s.send(data)
11     print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
12 s.send(b'exit')
13 s.close()
14 
15 
16 #可同时开多个客户端
客户端

 

实例3:

 1 # 导入socket库:
 2 import socket
 3 
 4 # 创建一个socket:
 5 s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 6 # 建立连接:
 7 s.connect(('www.sina.com.cn', 80))
 8 # 发送数据:
 9 s.send(b'GET / HTTP/1.1\r\nHost: www.sina.com.cn\r\nConnection: close\r\n\r\n')
10 #TCP连接创建的是双向通道,双方都可以同时给对方发数据。但是谁先发谁后发,怎么协调,要根据具体的协议来决定。
11 # 例如,HTTP协议规定客户端必须先发请求给服务器,服务器收到后才发数据给客户端。
12 
13 # 接收数据:
14 buffer = []
15 while True:
16     # 每次最多接收1k字节:
17     d = s.recv(1024)
18     if d:
19         buffer.append(d)
20     else:
21         break
22 data = b''.join(buffer)
23 # 关闭连接:
24 s.close()
25 
26 header, html = data.split(b'\r\n\r\n', 1)
27 print(header.decode('utf-8'))
28 # 把接收的数据写入文件:
29 with open('sina.html', 'wb') as f:
30     f.write(html)
自定义客户端访问sina首页

 

 

 

七、粘包

首先需要掌握一个socket收发消息的原理:

发送端可以是一K一K地发送数据,而接收端的应用程序可以两K两K地提走数据,当然也有可能一次提走3K或6K数据,或者一次只提走几个字节的数据,也就是说,应用程序所看到的数据是一个整体,或说是一个流(stream),一条消息有多少字节对应用程序是不可见的,因此TCP协议是面向流的协议,这也是容易出现粘包问题的原因。而UDP是面向消息的协议,每个UDP段都是一条消息,应用程序必须以消息为单位提取数据,不能一次提取任意字节的数据,这一点和TCP是很不同的。怎样定义消息呢?可以认为对方一次性write/send的数据为一个消息,需要明白的是当对方send一条信息的时候,无论底层怎样分段分片,TCP协议层会把构成整条消息的数据段排序完成后才呈现在内核缓冲区。

例如基于tcp的套接字客户端往服务端上传文件,发送时文件内容是按照一段一段的字节流发送的,在接收方看了,根本不知道该文件的字节流从何处开始,在何处结束。

所谓粘包问题主要还是因为接收方不知道消息之间的界限,不知道一次性提取多少字节的数据所造成的。

此外,发送方引起的粘包是由TCP协议本身造成的,TCP为提高传输效率,发送方往往要收集到足够多的数据后才发送一个TCP段。若连续几次需要send的数据都很少,通常TCP会根据优化算法把这些数据合成一个TCP段后一次发送出去,这样接收方就收到了粘包数据。

  1. TCP(transport control protocol,传输控制协议)是面向连接的,面向流的,提供高可靠性服务。收发两端(客户端和服务器端)都要有一一成对的socket,因此,发送端为了将多个发往接收端的包,更有效的发到对方,使用了优化方法(Nagle算法),将多次间隔较小且数据量小的数据,合并成一个大的数据块,然后进行封包。这样,接收端,就难于分辨出来了,必须提供科学的拆包机制。 即面向流的通信是无消息保护边界的
  2. UDP(user datagram protocol,用户数据报协议)是无连接的,面向消息的,提供高效率服务。不会使用块的合并优化算法,, 由于UDP支持的是一对多的模式,所以接收端的skbuff(套接字缓冲区)采用了链式结构来记录每一个到达的UDP包,在每个UDP包中就有了消息头(消息来源地址,端口等信息),这样,对于接收端来说,就容易进行区分处理了。 即面向消息的通信是有消息保护边界的
  3. tcp是基于数据流的,于是收发的消息不能为空,这就需要在客户端和服务端都添加空消息的处理机制,防止程序卡住,而udp是基于数据包的,即便是你输入的是空内容(直接回车),那也不是空消息,udp协议会帮你封装上消息头。

udp的recvfrom是阻塞的,一个recvfrom(x)必须对一个一个sendinto(y),收完了x个字节的数据就算完成,若是y>x数据就丢失,这意味着udp根本不会粘包,但是会丢数据,不可靠。

tcp的协议数据不会丢,没有收完包,下次接收,会继续上次继续接收,己端总是在收到ack时才会清除缓冲区内容。数据是可靠的,但是会粘包。

两种情况下会发生粘包:

  • 发送端需要等缓冲区满才发送出去,造成粘包(发送数据时间间隔很短,数据量很小,会合到一起,产生粘包)
 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 from socket import *
 4 ip_port=('127.0.0.1',8080)
 5 
 6 tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
 7 tcp_socket_server.bind(ip_port)
 8 tcp_socket_server.listen(5)
 9 
10 
11 conn,addr=tcp_socket_server.accept()
12 
13 
14 data1=conn.recv(10)
15 data2=conn.recv(10)
16 
17 print('----->',data1.decode('utf-8'))
18 print('----->',data2.decode('utf-8'))
19 
20 conn.close()
服务端

 

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 import socket
 4 BUFSIZE=1024
 5 ip_port=('127.0.0.1',8080)
 6 
 7 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
 8 res=s.connect_ex(ip_port)
 9 
10 
11 s.send('hello'.encode('utf-8'))
12 s.send('feng'.encode('utf-8'))
客户端
  • 接收方不及时接收缓冲区的包,造成多个包接收(客户端发送了一段数据,服务端只收了一小部分,服务端下次再收的时候还是从缓冲区拿上次遗留的数据,产生粘包) 
 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 from socket import *
 4 ip_port=('127.0.0.1',8080)
 5 
 6 tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
 7 tcp_socket_server.bind(ip_port)
 8 tcp_socket_server.listen(5)
 9 
10 
11 conn,addr=tcp_socket_server.accept()
12 
13 
14 data1=conn.recv(2) #一次没有收完整
15 data2=conn.recv(10)#下次收的时候,会先取旧的数据,然后取新的
16 
17 print('----->',data1.decode('utf-8'))
18 print('----->',data2.decode('utf-8'))
19 
20 conn.close()
服务端

 

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 import socket
 4 BUFSIZE=1024
 5 ip_port=('127.0.0.1',8080)
 6 
 7 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
 8 res=s.connect_ex(ip_port)
 9 
10 
11 s.send('hello feng'.encode('utf-8'))
客户端

解决粘包的方法:

问题的根源在于,接收端不知道发送端将要传送的字节流的长度,所以解决粘包的方法就是围绕,如何让发送端在发送数据前,把自己将要发送的字节流总大小让接收端知晓,然后接收端来一个死循环接收完所有数据。

为字节流加上自定义固定长度报头,报头中包含字节流长度,然后一次send到对端,对端在接收时,先从缓存中取出定长的报头,然后再根据报头信息取真实数据。

struct模块 

该模块可以把一个类型,如数字,转成固定长度的bytes:

1 import struct
2 struct.pack('i', 123456789)
3 b'\x15\xcd[\x07'

 1 import json,struct
 2 #假设通过客户端上传1T:1073741824000的文件a.txt
 3 
 4 #为避免粘包,必须自定制报头
 5 header={'file_size':1073741824000,'file_name':'/a/b/c/d/e/a.txt','md5':'8f6fbf8347faa4924a76856701edb0f3'} #1T数据,文件路径和md5值
 6 
 7 #为了该报头能传送,需要序列化并且转为bytes
 8 head_bytes=bytes(json.dumps(header),encoding='utf-8') #序列化并转成bytes,用于传输
 9 
10 #为了让客户端知道报头的长度,用struck将报头长度这个数字转成固定长度:4个字节
11 head_len_bytes=struct.pack('i',len(head_bytes)) #这4个字节里只包含了一个数字,该数字是报头的长度
12 
13 #客户端开始发送
14 conn.send(head_len_bytes) #先发报头的长度,4个bytes
15 conn.send(head_bytes) #再发报头的字节格式
16 conn.sendall(文件内容) #然后发真实内容的字节格式
17 
18 #服务端开始接收
19 head_len_bytes=s.recv(4) #先收报头4个bytes,得到报头长度的字节格式
20 x=struct.unpack('i',head_len_bytes)[0] #提取报头的长度
21 
22 head_bytes=s.recv(x) #按照报头长度x,收取报头的bytes格式
23 header=json.loads(json.dumps(header)) #提取报头
24 
25 #最后根据报头的内容提取真实的数据,比如
26 real_data_len=s.recv(header['file_size'])
27 s.recv(real_data_len)

 

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 #http://www.cnblogs.com/coser/archive/2011/12/17/2291160.html
 3 __author__ = 'Linhaifeng'
 4 import struct
 5 import binascii
 6 import ctypes
 7 
 8 values1 = (1, 'abc'.encode('utf-8'), 2.7)
 9 values2 = ('defg'.encode('utf-8'),101)
10 s1 = struct.Struct('I3sf')
11 s2 = struct.Struct('4sI')
12 
13 print(s1.size,s2.size)
14 prebuffer=ctypes.create_string_buffer(s1.size+s2.size)
15 print('Before : ',binascii.hexlify(prebuffer))
16 # t=binascii.hexlify('asdfaf'.encode('utf-8'))
17 # print(t)
18 
19 
20 s1.pack_into(prebuffer,0,*values1)
21 s2.pack_into(prebuffer,s1.size,*values2)
22 
23 print('After pack',binascii.hexlify(prebuffer))
24 print(s1.unpack_from(prebuffer,0))
25 print(s2.unpack_from(prebuffer,s1.size))
26 
27 s3=struct.Struct('ii')
28 s3.pack_into(prebuffer,0,123,123)
29 print('After pack',binascii.hexlify(prebuffer))
30 print(s3.unpack_from(prebuffer,0))
关于struct的详细用法

实例1:

 1 import socket,struct,json
 2 import subprocess
 3 phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
 4 phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) #就是它,在bind前加
 5 
 6 phone.bind(('127.0.0.1',8080))
 7 
 8 phone.listen(5)
 9 
10 while True:
11     conn,addr=phone.accept()
12     while True:
13         cmd=conn.recv(1024)
14         if not cmd:break
15         print('cmd: %s' %cmd)
16 
17         res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),
18                              shell=True,
19                              stdout=subprocess.PIPE,
20                              stderr=subprocess.PIPE)
21         err=res.stderr.read()
22         print(err)
23         if err:
24             back_msg=err
25         else:
26             back_msg=res.stdout.read()
27 
28 
29         conn.send(struct.pack('i',len(back_msg))) #先发back_msg的长度
30         conn.sendall(back_msg) #在发真实的内容
31 
32     conn.close()
服务端(自定制报头)

 

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 import socket,time,struct
 4 
 5 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
 6 res=s.connect_ex(('127.0.0.1',8080))
 7 
 8 while True:
 9     msg=input('>>: ').strip()
10     if len(msg) == 0:continue
11     if msg == 'quit':break
12 
13     s.send(msg.encode('utf-8'))
14 
15 
16 
17     l=s.recv(4)
18     x=struct.unpack('i',l)[0]
19     print(type(x),x)
20     # print(struct.unpack('I',l))
21     r_s=0
22     data=b''
23     while r_s < x:
24         r_d=s.recv(1024)
25         data+=r_d
26         r_s+=len(r_d)
27 
28     # print(data.decode('utf-8'))
29     print(data.decode('gbk')) #windows默认gbk编码
客户端(自定制报头)

实例2:

我们可以把报头做成字典,字典里包含将要发送的真实数据的详细信息,然后json序列化,然后用struck将序列化后的数据长度打包成4个字节(4个字节足够用了)

发送时:

先发报头长度

再编码报头内容然后发送

最后发真实内容

接收时:

先收报头长度,用struct取出来

根据取出的长度收取报头内容,然后解码,反序列化

从反序列化的结果中取出待取数据的详细信息,然后去取真实的数据内容

 1 import socket,struct,json
 2 import subprocess
 3 phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
 4 phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) #就是它,在bind前加
 5 
 6 phone.bind(('127.0.0.1',8080))
 7 
 8 phone.listen(5)
 9 
10 while True:
11     conn,addr=phone.accept()
12     while True:
13         cmd=conn.recv(1024)
14         if not cmd:break
15         print('cmd: %s' %cmd)
16 
17         res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),
18                              shell=True,
19                              stdout=subprocess.PIPE,
20                              stderr=subprocess.PIPE)
21         err=res.stderr.read()
22         print(err)
23         if err:
24             back_msg=err
25         else:
26             back_msg=res.stdout.read()
27 
28         headers={'data_size':len(back_msg)}
29         head_json=json.dumps(headers)
30         head_json_bytes=bytes(head_json,encoding='utf-8')
31 
32         conn.send(struct.pack('i',len(head_json_bytes))) #先发报头的长度
33         conn.send(head_json_bytes) #再发报头
34         conn.sendall(back_msg) #在发真实的内容
35 
36     conn.close()
服务端:定制稍微复杂一点的报头

 

 1 from socket import *
 2 import struct,json
 3 
 4 ip_port=('127.0.0.1',8080)
 5 client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
 6 client.connect(ip_port)
 7 
 8 while True:
 9     cmd=input('>>: ')
10     if not cmd:continue
11     client.send(bytes(cmd,encoding='utf-8'))
12 
13     head=client.recv(4)
14     head_json_len=struct.unpack('i',head)[0]
15     head_json=json.loads(client.recv(head_json_len).decode('utf-8'))
16     data_len=head_json['data_size']
17 
18     recv_size=0
19     recv_data=b''
20     while recv_size < data_len:
21         recv_data+=client.recv(1024)
22         recv_size+=len(recv_data)
23 
24     print(recv_data.decode('utf-8'))
25     #print(recv_data.decode('gbk')) #windows默认gbk编码
客户端

八、socketserver模块

基于tcp的套接字,关键就是两个循环,一个链接循环,一个通信循环;相对应的,socketserver模块中分两大类:server类(解决链接问题)和request类(解决通信问题)

 

server类:

request类:

继承关系:

 

 

以下述代码为例,分析socketserver源码:

1 ftpserver=socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8080),FtpServer)
2 ftpserver.serve_forever()

查找属性的顺序:ThreadingTCPServer->ThreadingMixIn->TCPServer->BaseServer:

  1. 实例化得到ftpserver,先找类ThreadingTCPServer的__init__,在TCPServer中找到,进而执行server_bind,server_active
  2. 找ftpserver下的serve_forever,在BaseServer中找到,进而执行self._handle_request_noblock(),该方法同样是在BaseServer中
  3. 执行self._handle_request_noblock()进而执行request, client_address = self.get_request()(就是TCPServer中的self.socket.accept()),然后执行self.process_request(request, client_address)
  4. 在ThreadingMixIn中找到process_request,开启多线程应对并发,进而执行process_request_thread,执行self.finish_request(request, client_address)
  5. 上述四部分完成了链接循环,本部分开始进入处理通讯部分,在BaseServer中找到finish_request,触发我们自己定义的类的实例化,去找__init__方法,而我们自己定义的类没有该方法,则去它的父类也就是BaseRequestHandler中找....

源码分析总结:

基于tcp的socketserver我们自己定义的类中的

  1.   self.server即套接字对象
  2.   self.request即一个链接
  3.   self.client_address即客户端地址

基于udp的socketserver我们自己定义的类中的

  1. self.request是一个元组(第一个元素是客户端发来的数据,第二部分是服务端的udp套接字对象),如(b'adsf', <socket.socket fd=200, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_DGRAM, proto=0, laddr=('127.0.0.1', 8080)>)
  2. self.client_address即客户端地址

基于tcp的socketserver实例:

 1 import socketserver
 2 
 3 
 4 class FTP_server(socketserver.BaseRequestHandler):
 5     def handle(self):
 6         print('self:', self)
 7         print('self.request:', self.request)
 8         while True:
 9             data = self.request.recv(1024)
10             print(data)
11             self.request.send(data.upper())     #将客户端发来的单词全部大写后回复给客户端
12 
13 
14 if __name__ == '__main__':
15     obj = socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1', 8080), FTP_server)
16     obj.serve_forever()
服务端
 1 import socket
 2 
 3 client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 4 client.connect(('127.0.0.1', 8080))
 5 
 6 while True:     #通信循环
 7     msg = input('>>>: ').strip()
 8     if not msg: continue
 9     client.send(msg.encode('utf-8'))
10     data = client.recv(1024)
11     print(data)
12 
13 client.close()
客户端1,2,3

九、基于UDP的Scoket

udp服务端:

1 ss = socket()   #创建一个服务器的套接字
2 ss.bind()       #绑定服务器套接字
3 inf_loop:       #服务器无限循环
4     cs = ss.recvfrom()/ss.sendto() # 对话(接收与发送)
5 ss.close()                         # 关闭服务器套接字

 

udp客户端:

1 cs = socket()   # 创建客户套接字
2 comm_loop:      # 通讯循环
3     cs.sendto()/cs.recvfrom()   # 对话(发送/接收)
4 cs.close()                      # 关闭客户套接字

实例:

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 import socket
 4 ip_port=('127.0.0.1',9000)
 5 BUFSIZE=1024
 6 udp_server_client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
 7 
 8 udp_server_client.bind(ip_port)
 9 
10 while True:
11     msg,addr=udp_server_client.recvfrom(BUFSIZE)
12     print(msg,addr)
13 
14     udp_server_client.sendto(msg.upper(),addr)
udp服务端

 

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 import socket
 4 ip_port=('127.0.0.1',9000)
 5 BUFSIZE=1024
 6 udp_server_client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
 7 
 8 while True:
 9     msg=input('>>: ').strip()
10     if not msg:continue
11 
12     udp_server_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)
13 
14     back_msg,addr=udp_server_client.recvfrom(BUFSIZE)
15     print(back_msg.decode('utf-8'),addr)
udp客户端

时间服务器(按照客户端指定格式回复服务器的时间):

 1 #-*-coding:utf-8-*-
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 from socket import *
 4 from time import strftime
 5 
 6 ip_port=('127.0.0.1',9000)
 7 bufsize=1024
 8 
 9 tcp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
10 tcp_server.bind(ip_port)
11 
12 while True:
13     msg,addr=tcp_server.recvfrom(bufsize)
14     print('===>',msg)
15     
16     if not msg:
17         time_fmt='%Y-%m-%d %X'
18     else:
19         time_fmt=msg.decode('utf-8')
20     back_msg=strftime(time_fmt)
21 
22     tcp_server.sendto(back_msg.encode('utf-8'),addr)
23 
24 tcp_server.close()
ntp服务端

 

 1 #-*-coding:utf-8-*-
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 from socket import *
 4 ip_port=('127.0.0.1',9000)
 5 bufsize=1024
 6 
 7 tcp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
 8 
 9 while True:
10     msg=input('请输入时间格式(例%Y %m %d)>>: ').strip()
11     tcp_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)
12 
13     data=tcp_client.recv(bufsize)
14 
15     print(data.decode('utf-8'))
16 
17 tcp_client.close()
ntp客户端

 

 

 

 

 参考资料:

1. http://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/6129246.html

2. http://www.liaoxuefeng.com/wiki/0014316089557264a6b348958f449949df42a6d3a2e542c000/001432004374523e495f640612f4b08975398796939ec3c000

3. http://baike.baidu.com/item/socket/281150

本文转载自:http://www.cnblogs.com/OldJack/p/6803521.html

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