在如今的互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中，Socket 協(xié)議是最重要的基礎(chǔ)之一。本文涵蓋了在 Python 中處理 Socket 編程的所有領(lǐng)域。

為什么使用 Sockets

Sockets 是組成當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)的各種通信協(xié)議，這些協(xié)議使得在兩個(gè)不同的程序或設(shè)備之間傳輸信息成為可能。例如，當(dāng)我們打開瀏覽器時(shí)，我們作為客戶機(jī)就會(huì)創(chuàng)建與服務(wù)器的連接以傳輸信息。

在深入研究這個(gè)通信原理之前，讓我們先弄清楚 Sockets 到底是什么。

什么是 Sockets

一般來說，Socket 是為發(fā)送和接收數(shù)據(jù)而構(gòu)建的內(nèi)部應(yīng)用協(xié)議。單個(gè)網(wǎng)絡(luò)將有兩個(gè) Sockets，每個(gè) Sockets 用于通信設(shè)備或程序，這些 Sockets 是IP地址和端口的組合。根據(jù)使用的端口號(hào)，單個(gè)設(shè)備可以有“n”個(gè) Sockets，不同的端口可用于不同類型的協(xié)議。

下圖展示了一些常見端口號(hào)和相關(guān)協(xié)議的信息：

現(xiàn)在我們已經(jīng)了解了 Sockets 的概念，現(xiàn)在讓我們來看看 Python 的 Socket 模塊

如何在 Python 中實(shí)現(xiàn) Socket 編程

要在 Python 中實(shí)現(xiàn) Socket 編程，需要導(dǎo)入 socket 模塊。

該模塊的一些重要方法如下：

現(xiàn)在我們已經(jīng)了解了 socket 模塊的重要性，接下來讓我們看看如何在 Python 中建服務(wù)器和客戶機(jī)。

什么是服務(wù)器

服務(wù)器或者是一個(gè)程序、一臺(tái)計(jì)算機(jī)，或者是一臺(tái)專門用于管理網(wǎng)絡(luò)資源的設(shè)備。服務(wù)器可以位于同一設(shè)備或計(jì)算機(jī)上，也可以本地連接到其他設(shè)備和計(jì)算機(jī)，甚至可以遠(yuǎn)程連接。有各種類型的服務(wù)器，如數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、打印服務(wù)器等。

服務(wù)器通常使用socket.socket()，socket.bind()，socket.listen()等來建立連接并綁定到客戶端，現(xiàn)在讓我們編寫一個(gè)程序來創(chuàng)建服務(wù)器。

import socket
s=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((socket.gethostname(),1234))          
#port number can be anything between 0-65535(we usually specify non-previleged ports which are > 1023)
s.listen(5)
 
while True:
    clt,adr=s.accept()
    print(f"Connection to {adr}established")  
   #f string is literal string prefixed with f which 
   #contains python expressions inside braces
    clt.send(bytes("Socket Programming in Python","utf-8 ")) #to send info to clientsocket

創(chuàng)建 socket 的第一個(gè)必要條件是導(dǎo)入相關(guān)模塊。之后是使用socket.socket()方法創(chuàng)建服務(wù)器端 socket。

AF_INET 是指來自 Internet 的地址，它需要一對(duì)（主機(jī)、端口），其中主機(jī)可以是某個(gè)特定網(wǎng)站的 URL 或其地址，端口號(hào)為整數(shù)。SOCK_STREAM 用于創(chuàng)建 TCP 協(xié)議。

bind()?方法接受兩個(gè)參數(shù)作為元組（主機(jī)、端口）。這里需要注意的是最好使用4位的端口號(hào)，因?yàn)檩^低的端口號(hào)通常被占用或者是系統(tǒng)預(yù)留的。listen()方法允許服務(wù)器接受連接，5是同時(shí)接受的多個(gè)連接的隊(duì)列。此處可以指定的最小值為0，如果未指定參數(shù)，則采用默認(rèn)的合適參數(shù)。

while?循環(huán)允許永遠(yuǎn)接受連接，clt和adr?是客戶端對(duì)象和地址，print?語句只是打印出客戶端 socket 的地址和端口號(hào)，最后，clt.send用于以字節(jié)為單位發(fā)送數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在我們的服務(wù)器已經(jīng)設(shè)置好了，讓我們繼續(xù)向客戶機(jī)前進(jìn)。

什么是客戶端

客戶端是從服務(wù)器接收信息或服務(wù)的計(jì)算機(jī)或軟件。在客戶端-服務(wù)器模型中，客戶端從服務(wù)器請(qǐng)求服務(wù)。最好的例子是 Google Chrome、Firefox 等 Web 瀏覽器，這些 Web 瀏覽器根據(jù)用戶的指示請(qǐng)求 Web 服務(wù)器提供所需的網(wǎng)頁和服務(wù)。其他示例包括在線游戲、在線聊天等。

現(xiàn)在，讓我們看看如何用 Python 編程語言編寫客戶端程序：

import socket
s=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect((socket.gethostname(), 2346))
msg=s.recv(1024)
print(msg.decode("utf-8"))

首先依然是導(dǎo)入 socket 模塊，然后像創(chuàng)建服務(wù)器時(shí)那樣創(chuàng)建套接字。接著要在客戶端服務(wù)器之間創(chuàng)建連接，需要通過指定（host，port）使用 connect()方法。

注意：當(dāng)客戶端和服務(wù)器位于同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上時(shí)，需要使用gethostname。（LAN–localip/WAN–publicip）

在這里，客戶端希望從服務(wù)器接收一些信息，為此，我們需要使用recv()?方法，信息存儲(chǔ)在另一個(gè)變量msg中。需要注意的是正在傳遞的信息將以字節(jié)為單位，在上述程序的客戶端中，一次傳輸最多可以接收1024字節(jié)（緩沖區(qū)大?。?。根據(jù)傳輸?shù)男畔⒘?，可以將其指定為任意?shù)量。

最后，再解碼并打印正在傳輸?shù)南ⅰ?/p>

現(xiàn)在我們已經(jīng)了解了如何創(chuàng)建客戶端-服務(wù)器程序，接下來讓我們看看它們需要如何執(zhí)行。

客戶端服務(wù)器交互

要執(zhí)行這些程序，需要打開命令程序，進(jìn)入創(chuàng)建客戶端和服務(wù)器程序的文件夾，然后鍵入：

py server.py #這里，server.py 是服務(wù)器的文件名

不出意外服務(wù)器開始運(yùn)行

要執(zhí)行客戶端，需要打開另一個(gè)cmd窗口，然后鍵入：

py  client.py

下面讓我們將緩沖區(qū)大小減少到7，來看看相同的程序會(huì)怎么樣

如圖所示，傳輸7個(gè)字節(jié)后，連接終止。

其實(shí)這是一個(gè)問題，因?yàn)槲覀兩形词盏酵暾男畔ⅲ沁B接卻提前關(guān)閉了，下面讓我們來解決這個(gè)問題。

多重通信

為了在客戶端收到完整信息之前繼續(xù)連接，我們可以使用while循環(huán)

import socket
s=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect((socket.gethostname(), 2346))
while True:
msg=s.recv(7)
print(msg.decode("utf-8"))

如此修改之后，每次傳輸將以7個(gè)字節(jié)接收完整消息。

但這又引來了另一個(gè)問題，連接永遠(yuǎn)不會(huì)終止，你永遠(yuǎn)不知道什么時(shí)候會(huì)終止。此外，如果我們實(shí)際上不知道客戶端將從服務(wù)器接收到的消息或信息有多大，該怎么辦。在這種情況下，我們需要繼續(xù)完善代碼

complete_info=''
while True:
    msg = s.recv(7)  
    if len(msg)<=0:
        break
    complete_info += msg.decode("utf-8")
print(complete_info)

在服務(wù)器端，使用close（）方法，如下所示：

clt.close()

輸出如下：

程序會(huì)檢查信息的大小，并將其打印到一次兩個(gè)字節(jié)的緩沖區(qū)中，然后在完成連接后關(guān)閉連接。

傳輸 Python 對(duì)象

目前為止我們僅僅掌握了傳遞字符串的方法，但是，Python 中的 Socket 編程也允許我們傳輸 Python 對(duì)象。這些對(duì)象可以是集合、元組、字典等。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，需要用到 Python 的 pickle 模塊。

Python pickle模塊

當(dāng)我們實(shí)際序列化或反序列化 Python 中的對(duì)象時(shí)，就會(huì)使用到 Python pickle 模塊。讓我們看一個(gè)小例子

import pickle
 
mylist=[1,2,'abc']
mymsg = pickle.dumps(mylist) 
print(mymsg)

Output:

b’x80x03]qx00(Kx01Kx02Xx03x00x00x00abcqx01e.’

在上面的程序中，mylist?是使用pickle模塊的dumps()?函數(shù)序列化的。還要注意，輸出以b開頭，表示它已轉(zhuǎn)換為字節(jié)。在 socket 編程中，可以實(shí)現(xiàn)此模塊以在客戶端和服務(wù)器之間傳輸 python 對(duì)象。

如何使用 pickle 模塊傳輸 Python 對(duì)象

當(dāng)我們將 pickle 與 socket 一起使用時(shí)，完全可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸任何內(nèi)容。

先來看看服務(wù)端代碼

Server-Side:

import socket
import pickle
 
a=10
s=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((socket.gethostname(), 2133))        #binding tuple
s.listen(5)
while True:
    clt , adr = s.accept()
    print(f"Connection to {adr}established")
 
    m={1:"Client", 2:"Server"}
    mymsg = pickle.dumps(m)  #the msg we want to print later
    mymsg = {len(mymsg):{a}}"utf-8") + mymsg
    clt.send(mymsg)

這里，m?是一個(gè)字典，它基本上是一個(gè)需要從服務(wù)器發(fā)送到客戶端的 Python 對(duì)象。這是通過首先使用dumps()序列化對(duì)象，然后將其轉(zhuǎn)換為字節(jié)來完成的。

現(xiàn)在，讓我們記下客戶端：

Client-Side:

import socket
import pickle
a=10
s=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect((socket.gethostname(), 2133))
 
while True:
    complete_info = b''
    rec_msg = True
    while True:
        mymsg = s.recv(10)
       if rec_msg:
            print(f"The length of message = {mymsg[:a]}")
            x = int (mymsg[:a ] )
            rec_msg = False
            complete_info += mymsg
            if len(complete_info)-a == x:
            print("Recieved the complete info")
            print(complete_info[a:])
            m = pickle.loads(complete_info[a:])
            print(m)
            rec_msg = True
complete_info = b''
print(complete_info)

第一個(gè)while循環(huán)將幫助我們跟蹤完整的消息（complete_info）以及正在使用緩沖區(qū)接收的消息（rec_msg）。

然后，在接收消息時(shí)，我們所做的就是打印每一位消息，并將其放在大小為10的緩沖區(qū)中接收。此大小可以是任何大小，具體取決于個(gè)人選擇。

然后如果收到的消息等于完整消息，我們只會(huì)將消息打印為收到的完整信息，然后使用loads()反序列化消息。

輸出如下：

? ?