这是用来快速学习 Python Socket 套接字编程的指南和教程。Python 的 Socket 编程跟 C 语言很像。

基本上,Socket 是任何一种计算机网络通讯中最基础的内容。例如当你在浏览器地址栏中输入 www.oschina.net 时,你会打开一个套接字,然后连接到 www.oschina.net 并读取响应的页面然后然后显示出来。而其他一些聊天客户端如 gtalk 和 skype 也是类似。任何网络通讯都是通过 Socket 来完成的。

写在开头

本教程假设你已经有一些基本的 Python 编程的知识。

让我们开始 Socket 编程吧。

创建 Socket

首先要做的就是创建一个 Socket,socket 的 socket 函数可以实现,代码如下:

1

#Socket client example in python

2

3

import socket#for sockets

4

5

#create an AF_INET, STREAM socket (TCP)

6

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

7

8

print 'Socket Created'

函数 socket.socket 创建了一个 Socket,并返回 Socket 的描述符可用于其他 Socket 相关的函数。

上述代码使用了下面两个属性来创建 Socket:

地址簇 : AF_INET (IPv4)

类型: SOCK_STREAM (使用 TCP 传输控制协议)

错误处理

如果 socket 函数失败了,python 将抛出一个名为 socket.error 的异常,这个异常必须予以处理:

01

#handling errors in python socket programs

02

03

import socket#for sockets

04

import sys#for exit

05

06

try:

07

#create an AF_INET, STREAM socket (TCP)

08

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

09

except socket.error, msg:

10

print 'Failed to create socket. Error code: ' + str(msg[0])+ ' , Error message : ' + msg[1]

11

sys.exit();

12

13

print 'Socket Created'

好了,假设你已经成功创建了 Socket,下一步该做什么呢?接下来我们将使用这个 Socket 来连接到服务器。

注意

与 SOCK_STREAM 相对应的其他类型是 SOCK_DGRAM 用于 UDP 通讯协议,UDP 通讯是非连接 Socket,在这篇文章中我们只讨论 SOCK_STREAM ,或者叫 TCP 。

连接到服务器

连接到服务器需要服务器地址和端口号,这里使用的是 www.oschina.net 和 80 端口。

首先获取远程主机的 IP 地址

连接到远程主机之前,我们需要知道它的 IP 地址,在 Python 中,获取 IP 地址是很简单的:

01

import socket#for sockets

02

import sys#for exit

03

04

try:

05

#create an AF_INET, STREAM socket (TCP)

06

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

07

except socket.error, msg:

08

print 'Failed to create socket. Error code: ' + str(msg[0])+ ' , Error message : ' + msg[1]

09

sys.exit();

10

11

print 'Socket Created'

12

13

host= 'www.oschina.net'

14

15

try:

16

remote_ip= socket.gethostbyname( host )

17

18

except socket.gaierror:

19

#could not resolve

20

print 'Hostname could not be resolved. Exiting'

21

sys.exit()

22

23

print 'Ip address of ' + host+ ' is ' + remote_ip

我们已经有 IP 地址了,接下来需要指定要连接的端口。

代码:

01

import socket#for sockets

02

import sys#for exit

03

04

try:

05

#create an AF_INET, STREAM socket (TCP)

06

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

07

except socket.error, msg:

08

print 'Failed to create socket. Error code: ' + str(msg[0])+ ' , Error message : ' + msg[1]

09

sys.exit();

10

11

print 'Socket Created'

12

13

host= 'www.oschina.net'

14

port= 80

15

16

try:

17

remote_ip= socket.gethostbyname( host )

18

19

except socket.gaierror:

20

#could not resolve

21

print 'Hostname could not be resolved. Exiting'

22

sys.exit()

23

24

print 'Ip address of ' + host+ ' is ' + remote_ip

25

26

#Connect to remote server

27

s.connect((remote_ip , port))

28

29

print 'Socket Connected to ' + host+ ' on ip ' + remote_ip

现在运行程序

1

$ python client.py

2

Socket Created

3

Ip address of www.oschina.net is 61.145.122.155

4

Socket Connected to www.oschina.net on ip 61.145.122.155

这段程序创建了一个 Socket 并进行连接,试试使用其他一些不存在的端口(如81)会是怎样?这个逻辑相当于构建了一个端口扫描器。

已经连接上了,接下来就是往服务器上发送数据。

免费提示

使用 SOCK_STREAM/TCP 套接字才有“连接”的概念。连接意味着可靠的数据流通讯机制,可以同时有多个数据流。可以想象成一个数据互不干扰的管道。另外一个重要的提示是:数据包的发送和接收是有顺序的。

其他一些 Socket 如 UDP、ICMP 和 ARP 没有“连接”的概念,它们是无连接通讯,意味着你可从任何人或者给任何人发送和接收数据包。

发送数据

sendall 函数用于简单的发送数据,我们来向 oschina 发送一些数据:

01

import socket#for sockets

02

import sys#for exit

03

04

try:

05

#create an AF_INET, STREAM socket (TCP)

06

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

07

except socket.error, msg:

08

print 'Failed to create socket. Error code: ' + str(msg[0])+ ' , Error message : ' + msg[1]

09

sys.exit();

10

11

print 'Socket Created'

12

13

host= 'www.oschina.net'

14

port= 80

15

16

try:

17

remote_ip= socket.gethostbyname( host )

18

19

except socket.gaierror:

20

#could not resolve

21

print 'Hostname could not be resolved. Exiting'

22

sys.exit()

23

24

print 'Ip address of ' + host+ ' is ' + remote_ip

25

26

#Connect to remote server

27

s.connect((remote_ip , port))

28

29

print 'Socket Connected to ' + host+ ' on ip ' + remote_ip

30

31

#Send some data to remote server

32

message= "GET / HTTP/1.1\r\n\r\n"

33

34

try :

35

#Set the whole string

36

s.sendall(message)

37

except socket.error:

38

#Send failed

39

print 'Send failed'

40

sys.exit()

41

42

print 'Message send successfully'

上述例子中,首先连接到目标服务器,然后发送字符串数据 "GET / HTTP/1.1\r\n\r\n" ,这是一个 HTTP 协议的命令,用来获取网站首页的内容。

接下来需要读取服务器返回的数据。

接收数据

recv 函数用于从 socket 接收数据:

01

#Socket client example in python

02

03

import socket#for sockets

04

import sys#for exit

05

06

#create an INET, STREAMing socket

07

try:

08

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

09

except socket.error:

10

print 'Failed to create socket'

11

sys.exit()

12

13

print 'Socket Created'

14

15

host= 'oschina.net';

16

port= 80;

17

18

try:

19

remote_ip= socket.gethostbyname( host )

20

21

except socket.gaierror:

22

#could not resolve

23

print 'Hostname could not be resolved. Exiting'

24

sys.exit()

25

26

#Connect to remote server

27

s.connect((remote_ip , port))

28

29

print 'Socket Connected to ' + host+ ' on ip ' + remote_ip

30

31

#Send some data to remote server

32

message= "GET / HTTP/1.1\r\nHost: oschina.net\r\n\r\n"

33

34

try :

35

#Set the whole string

36

s.sendall(message)

37

except socket.error:

38

#Send failed

39

print 'Send failed'

40

sys.exit()

41

42

print 'Message send successfully'

43

44

#Now receive data

45

reply= s.recv(4096)

46

47

print reply

下面是上述程序执行的结果:

01

$ python client.py

02

Socket Created

03

Ip address of oschina.net is 61.145.122.

04

Socket Connected to oschina.net on ip 61.145.122.155

05

Message send successfully

06

HTTP/1.1 301 Moved Permanently

07

Server: nginx

08

Date: Wed, 24 Oct 2012 13:26:46 GMT

09

Content-Type: text/html

10

Content-Length: 178

11

Connection: keep-alive

12

Keep-Alive: timeout=20

oschina.net 回应了我们所请求的 URL 的内容,很简单。数据接收完了,可以关闭 Socket 了。

关闭 socket

close 函数用于关闭 Socket:

1

s.close()

这就是了。

让我们回顾一下

上述的示例中我们学到了如何:

1. 创建 Socket

2. 连接到远程服务器

3. 发送数据

4. 接收回应

当你用浏览器打开 www.oschina.net

时,其过程也是一样。包含两种类型,分别是客户端和服务器,客户端连接到服务器并读取数据,服务器使用 Socket

接收进入的连接并提供数据。因此在这里 www.oschina.net 是服务器端,而你的浏览器是客户端。

接下来我们开始在服务器端做点编码。

服务器端编程

服务器端编程主要包括下面几步:

1. 打开 socket

2. 绑定到一个地址和端口

3. 侦听进来的连接

4. 接受连接

5. 读写数据

我们已经学习过如何打开 Socket 了,下面是绑定到指定的地址和端口上。

绑定 Socket

bind 函数用于将 Socket 绑定到一个特定的地址和端口,它需要一个类似 connect 函数所需的 sockaddr_in 结构体。

示例代码:

01

import socket

02

import sys

03

04

HOST= ''# Symbolic name meaning all available interfaces

05

PORT= 8888 # Arbitrary non-privileged port

06

07

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

08

print 'Socket created'

09

10

try:

11

s.bind((HOST, PORT))

12

except socket.error , msg:

13

print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0])+ ' Message ' + msg[1]

14

sys.exit()

15

16

print 'Socket bind complete'

绑定完成后,就需要让 Socket 开始侦听连接。很显然,你不能将两个不同的 Socket 绑定到同一个端口之上。

连接侦听

绑定 Socket 之后就可以开始侦听连接,我们需要将 Socket 变成侦听模式。socket 的 listen 函数用于实现侦听模式:

1

s.listen(10)

2

print'Socket now listening'

listen 函数所需的参数成为 backlog,用来控制程序忙时可保持等待状态的连接数。这里我们传递的是 10,意味着如果已经有 10 个连接在等待处理,那么第 11 个连接将会被拒绝。当检查了 socket_accept 后这个会更加清晰。

接受连接

示例代码:

01

import socket

02

import sys

03

04

HOST= ''# Symbolic name meaning all available interfaces

05

PORT= 8888 # Arbitrary non-privileged port

06

07

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

08

print 'Socket created'

09

10

try:

11

s.bind((HOST, PORT))

12

except socket.error , msg:

13

print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0])+ ' Message ' + msg[1]

14

sys.exit()

15

16

print 'Socket bind complete'

17

18

s.listen(10)

19

print 'Socket now listening'

20

21

#wait to accept a connection - blocking call

22

conn, addr= s.accept()

23

24

#display client information

25

print 'Connected with ' + addr[0]+ ':' + str(addr[1])

输出

运行该程序将会显示:

1

$ python server.py

2

Socket created

3

Socket bind complete

4

Socket now listening

现在这个程序开始等待连接进入,端口是 8888,请不要关闭这个程序,我们来通过 telnet 程序来进行测试。

打开命令行窗口并输入:

1

$ telnet localhost 8888

2

3

It will immediately show

4

$ telnet localhost 8888

5

Trying 127.0.0.1...

6

Connected to localhost.

7

Escape character is'^]'.

8

Connection closed by foreign host.

而服务器端窗口显示的是:

1

$ python server.py

2

Socket created

3

Socket bind complete

4

Socket now listening

5

Connected with 127.0.0.1:59954

我们可看到客户端已经成功连接到服务器。

上面例子我们接收到连接并立即关闭,这样的程序没什么实际的价值,连接建立后一般会有大量的事情需要处理,因此让我们来给客户端做出点回应吧。

sendall 函数可通过 Socket 给客户端发送数据:

01

import socket

02

import sys

03

04

HOST= ''# Symbolic name meaning all available interfaces

05

PORT= 8888 # Arbitrary non-privileged port

06

07

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

08

print 'Socket created'

09

10

try:

11

s.bind((HOST, PORT))

12

except socket.error , msg:

13

print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0])+ ' Message ' + msg[1]

14

sys.exit()

15

16

print 'Socket bind complete'

17

18

s.listen(10)

19

print 'Socket now listening'

20

21

#wait to accept a connection - blocking call

22

conn, addr= s.accept()

23

24

print 'Connected with ' + addr[0]+ ':' + str(addr[1])

25

26

#now keep talking with the client

27

data= conn.recv(1024)

28

conn.sendall(data)

29

30

conn.close()

31

s.close()

继续运行上述代码,然后打开另外一个命令行窗口输入下面命令:

1

$ telnet localhost 8888

2

Trying 127.0.0.1...

3

Connected to localhost.

4

Escape character is'^]'.

5

happy

6

happy

7

Connection closed by foreign host.

可看到客户端接收到来自服务器端的回应内容。

上面的例子还是一样,服务器端回应后就立即退出了。而一些真正的服务器像 www.oschina.net 是一直在运行的,时刻接受连接请求。

也就是说服务器端应该一直处于运行状态,否则就不能成为“服务”,因此我们要让服务器端一直运行,最简单的方法就是把 accept 方法放在一个循环内。

一直在运行的服务器

对上述代码稍作改动:

01

import socket

02

import sys

03

04

HOST= ''# Symbolic name meaning all available interfaces

05

PORT= 8888 # Arbitrary non-privileged port

06

07

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

08

print 'Socket created'

09

10

try:

11

s.bind((HOST, PORT))

12

except socket.error , msg:

13

print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0])+ ' Message ' + msg[1]

14

sys.exit()

15

16

print 'Socket bind complete'

17

18

s.listen(10)

19

print 'Socket now listening'

20

21

#now keep talking with the client

22

while 1:

23

#wait to accept a connection - blocking call

24

conn, addr= s.accept()

25

print 'Connected with ' + addr[0]+ ':' + str(addr[1])

26

27

data= conn.recv(1024)

28

reply= 'OK...' + data

29

if not data:

30

break

31

32

conn.sendall(reply)

33

34

conn.close()

35

s.close()

很简单只是加多一个 while 1 语句而已。

继续运行服务器,然后打开另外三个命令行窗口。每个窗口都使用 telnet 命令连接到服务器:

1

$ telnet localhost 5000

2

Trying 127.0.0.1...

3

Connected to localhost.

4

Escape character is'^]'.

5

happy

6

OK .. happy

7

Connection closed by foreign host.

服务器所在的终端窗口显示的是:

1

$ python server.py

2

Socket created

3

Socket bind complete

4

Socket now listening

5

Connected with 127.0.0.1:60225

6

Connected with 127.0.0.1:60237

7

Connected with 127.0.0.1:60239

你看服务器再也不退出了,好吧,用 Ctrl+C 关闭服务器,所有的 telnet 终端将会显示 "Connection closed by foreign host."

已经很不错了,但是这样的通讯效率太低了,服务器程序使用循环来接受连接并发送回应,这相当于是一次最多处理一个客户端的请求,而我们要求服务器可同时处理多个请求。

处理多个连接

为了处理多个连接,我们需要一个独立的处理代码在主服务器接收到连接时运行。一种方法是使用线程,服务器接收到连接然后创建一个线程来处理连接收发数据,然后主服务器程序返回去接收新的连接。

下面是我们使用线程来处理连接请求:

01

import socket

02

import sys

03

from threadimport *

04

05

HOST= ''# Symbolic name meaning all available interfaces

06

PORT= 8888 # Arbitrary non-privileged port

07

08

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

09

print 'Socket created'

10

11

#Bind socket to local host and port

12

try:

13

s.bind((HOST, PORT))

14

except socket.error , msg:

15

print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0])+ ' Message ' + msg[1]

16

sys.exit()

17

18

print 'Socket bind complete'

19

20

#Start listening on socket

21

s.listen(10)

22

print 'Socket now listening'

23

24

#Function for handling connections. This will be used to create threads

25

def clientthread(conn):

26

#Sending message to connected client

27

conn.send('Welcome to the server. Type something and hit enter\n')#send only takes string

28

29

#infinite loop so that function do not terminate and thread do not end.

30

while True:

31

32

#Receiving from client

33

data= conn.recv(1024)

34

reply= 'OK...' + data

35

if not data:

36

break

37

38

conn.sendall(reply)

39

40

#came out of loop

41

conn.close()

42

43

#now keep talking with the client

44

while 1:

45

#wait to accept a connection - blocking call

46

conn, addr= s.accept()

47

print 'Connected with ' + addr[0]+ ':' + str(addr[1])

48

49

#start new thread takes 1st argument as a function name to be run, second is the tuple of arguments to the function.

50

start_new_thread(clientthread ,(conn,))

51

52

s.close()

运行上述服务端程序,然后像之前一样打开三个终端窗口并执行 telent 命令:

01

$ telnet localhost 8888

02

Trying 127.0.0.1...

03

Connected to localhost.

04

Escape character is'^]'.

05

Welcome to the server. Type something and hit enter

06

hi

07

OK...hi

08

asd

09

OK...asd

10

cv

11

OK...cv

服务器端所在终端窗口输出信息如下:

1

$ python server.py

2

Socket created

3

Socket bind complete

4

Socket now listening

5

Connected with127.0.0.1:60730

6

Connected with127.0.0.1:60731

线程接管了连接并返回相应数据给客户端。

这便是我们所要介绍的服务器端编程。

结论

到这里为止,你已经学习了 Python 的 Socket 基本编程,你可自己动手编写一些例子来强化这些知识。

你可能会遇见一些问题:Bind failed. Error Code : 98 Message Address already in use,碰见这种问题只需要简单更改服务器端口即可。

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