pythonsocket自动化教程_Python 的 Socket 编程教程
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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