Python与套接字

套接字的工作流程（基于TCP和 UDP两个协议）

TCP和UDP对比

TCP（Transmission Control Protocol）
- 可靠的、面向连接的协议（eg:打电话）、传输效率低全双工通信（发送缓存&接收缓存）、面向字节流。使用TCP的应用：Web浏览器；文件传输程序。
UDP（User Datagram Protocol）
- 不可靠的、无连接的服务，传输效率高（发送前时延小），一对一、一对多、多对一、多对多、面向报文(数据包)，尽最大努力服务，无拥塞控制。使用UDP的应用：域名系统 (DNS)；视频流；IP语音(VoIP)。

TCP协议下的socket

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

代码语言：javascript复制

import socket
# 初始化格式如下
socket.socket(socket_family,socket_type,protocal=0)
# 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。
# 获取tcp/ip套接字
tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 获取udp/ip套接字
udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 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。
# 例如
tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

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()	s.connect_ex()
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

第一版，单个客户端与服务端通信

服务端

代码语言：javascript复制

import socket

phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) # 买电话

phone.bind(('127.0.0.1',8080)) # 0 ~ 65535 1024之前系统分配好的端口 绑定电话卡

phone.listen(5) # 同一时刻有5个请求，但是可以有N多个链接。 开机。


conn, client_addr = phone.accept() # 接电话
print(conn, client_addr, sep='n')

from_client_data = conn.recv(1024) # 一次接收的最大限制 bytes
print(from_client_data.decode('utf-8'))

conn.send(from_client_data.upper())

conn.close() # 挂电话

phone.close() # 关机

客户端

代码语言：javascript复制

import socket

phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) # 买电话

phone.connect(('127.0.0.1',8080)) # 与客户端建立连接， 拨号

phone.send('hello'.encode('utf-8'))

from_server_data = phone.recv(1024)

print(from_server_data)

phone.close() # 挂电话

第二版，通信循环

服务端

代码语言：javascript复制

import socket

phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.bind(('127.0.0.1',8080))
phone.listen(5)

conn,client_addr = phone.accept()
print(conn,client_addr,sep='n')

while 1:
    try:
        from_client_data = conn.recv(1024)
        print(from_client_data.decode('utf-8'))

        conn.send(from_client_data.upper())
    except ConnectionResetError:
        break

conn.close()
phone.close()

客户端

代码语言：javascript复制

import socket

phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.connect(('127.0.0.1',8080))

while 1:
    client_data = input('>>> ')
    phone.send(client_data.encode('utf-8'))
    
    from_server_data = phone.recv(1024)
    print(from_server_data.decode('utf-8'))
    
phone.close()

第三版，通信，连接循环

服务端

代码语言：javascript复制

import socket

phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.bind(('127.0.0.1',8080))

phone.listen(5)

while 1:
    conn,client_addr = phone.accept()
    print(conn,client_addr,sep='n')
    
    while 1:
        try:
            from_client_data = conn.recv(1024)
            if not from_client_data:
                break
            print(from_client_data.decode('utf-8'))
            
            conn.send(from_client_data.upper())
        except:
            break

conn.close()
phone.close()

客户端

代码语言：javascript复制

import socket

phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.connect(('127.0.0.1',8080))

while 1:
    client_data = input('>>> ')
    phone.send(client_data.encode('utf-8'))
    if client_data == 'q':break
    
    from_server_data = phone.recv(1024)
    print(from_server_data.decode('utf-8'))
    
phone.close()

远程执行命令的示例：

代码语言：javascript复制

import socket
import subprocess

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

phone.bind(('127.0.0.1', 8080))

phone.listen(5)

while 1: # 循环连接客户端
    conn, client_addr = phone.accept()
    print(client_addr)
    while 1:
        try:
            cmd = conn.recv(1024)
            ret = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'), shell=True,
stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
            correct_msg = ret.stdout.read()
            error_msg = ret.stderr.read()
            conn.send(correct_msg   error_msg)
        except ConnectionResetError:
            break
            
conn.close()
phone.close()

客户端

代码语言：javascript复制

import socket

phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 买电话

phone.connect(('127.0.0.1', 8080)) # 与客户端建立连接， 拨号

while 1:
    cmd = input('>>>')
    phone.send(cmd.encode('utf-8'))
    
    from_server_data = phone.recv(1024)
    
    print(from_server_data.decode('gbk'))
    
phone.close() # 挂电话

UDP协议下的socket

udp是无链接的，先启动哪一端都不会报错

服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，recvform接收消息，这个消息有两项，消息内容和对方客户端的地址，然后回复消息时也要带着你收到的这个客户端的地址，发送回去，最后关闭连接，一次交互结束

服务端

代码语言：javascript复制

import socket
udp_sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM) #创建一个服务器的套接字
udp_sk.bind(('127.0.0.1',9000)) #绑定服务器套接字
msg,addr = udp_sk.recvfrom(1024)
print(msg)
udp_sk.sendto(b'hi',addr) # 对话(接收与发送)
udp_sk.close() # 关闭服务器套接字

客户端

代码语言：javascript复制

import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000)
udp_sk=socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
udp_sk.sendto(b'hello',ip_port)
back_msg,addr=udp_sk.recvfrom(1024)
print(back_msg.decode('utf-8'),addr)

类似于qq聊天的代码示例

服务端

代码语言：javascript复制

import socket
ip_port=('127.0.0.1',8081)
udp_server_sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
#DGRAM:datagram 数据报文的意思，象征着UDP协议的通信方式
udp_server_sock.bind(ip_port)#你对外提供服务的端口就是这一个，所有的客户端都是通过这个端口和你进行通信的

while True:
    qq_msg,addr=udp_server_sock.recvfrom(1024)# 阻塞状态，等待接收消息
    print('来自[%s:%s]的一条消息:33[1;34;43m%s33[0m' %(addr[0],addr[1],qq_msg.decode('utf-8')))
    back_msg=input('回复消息: ').strip()

    udp_server_sock.sendto(back_msg.encode('utf-8'),addr)

客户端

代码语言：javascript复制

import socket
BUFSIZE=1024
udp_client_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

qq_name_dic={
    'taibai':('127.0.0.1',8081),
    'Jedan':('127.0.0.1',8081),
    'Jack':('127.0.0.1',8081),
    'John':('127.0.0.1',8081),
}
while True:
    # 选择聊天对象
    while 1:
        qq_name=input('请选择聊天对象: ').strip()
        if qq_name not in qq_name_dic:
            print('没有这个聊天对象')
            continue
        break
        
    # 聊天过程
    while True:
        msg='发给'  qq_name   ': '   input('请输入消息,回车发送,输入q结束和他的聊天: ').strip()
        if msg == 'q':break
        if not msg:continue
        udp_client_socket.sendto(msg.encode('utf-8'),qq_name_dic[qq_name])#必须带着自己的地址，这就是UDP不一样的地方，不需要建立连接，但是要带着自己的地址给服务端，否则服务端无法判断是谁给我发的消息，并且不知道该把消息回复到什么地方，因为我们之间没有建立连接通道

        back_msg,addr=udp_client_socket.recvfrom(BUFSIZE)# 同样也是阻塞状态，等待接收消息
        print('来自[%s:%s]的一条消息:33[1;34;43m%s33[0m' %(addr[0],addr[1],back_msg.decode('utf-8')))
        
udp_client_socket.close()

自制时间服务器

服务端

代码语言：javascript复制

from socket import *
from time import strftime
import time
ip_port = ('127.0.0.1', 9000)
bufsize = 1024

tcp_server = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
tcp_server.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
tcp_server.bind(ip_port)

while True:
    msg, addr = tcp_server.recvfrom(bufsize)
    print('===>', msg.decode('utf-8'))
    stru_time = time.localtime() #当前的结构化时间
    if not msg:
        time_fmt = '%Y-%m-%d %X'
    else:
        time_fmt = msg.decode('utf-8')
    back_msg = strftime(time_fmt,stru_time)
    print(back_msg,type(back_msg))
    tcp_server.sendto(back_msg.encode('utf-8'), addr)
tcp_server.close()

客户端

代码语言：javascript复制

from socket import *
ip_port=('127.0.0.1',9000)
bufsize=1024

tcp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)

while True:
    msg=input('请输入时间格式(例%Y %m %d)>>: ').strip()
    tcp_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)
    
    data=tcp_client.recv(bufsize)
    print('当前日期：',str(data,encoding='utf-8'))

粘包

每个 socket 被创建后，都会分配两个缓冲区，输入缓冲区和输出缓冲区。

write()/send() 并不立即向网络中传输数据，而是先将数据写入缓冲区中，再由TCP协议将数据从缓冲区发送到目标机器。一旦将数据写入到缓冲区，函数就可以成功返回，不管它们有没有到达目标机器，也不管它们何时被发送到网络，这些都是TCP协议负责的事情。

TCP协议独立于 write()/send() 函数，数据有可能刚被写入缓冲区就发送到网络，也可能在缓冲区中不断积压，多次写入的数据被一次性发送到网络，这取决于当时的网络情况、当前线程是否空闲等诸多因素，不由程序员控制。

read()/recv() 函数也是如此，也从输入缓冲区中读取数据，而不是直接从网络中读取。

这些I/O缓冲区特性可整理如下：

I/O缓冲区在每个TCP套接字中单独存在；
I/O缓冲区在创建套接字时自动生成；
即使关闭套接字也会继续传送输出缓冲区中遗留的数据；
关闭套接字将丢失输入缓冲区中的数据。

两种情况下会发生粘包

接收方没有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）

服务端

代码语言：javascript复制

import socket
import subprocess

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

phone.bind(('127.0.0.1', 8080))

phone.listen(5)

while 1: # 循环连接客户端
    conn, client_addr = phone.accept()
    print(client_addr)
    
    while 1:
        try:
            cmd = conn.recv(1024)
            ret = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'), shell=True,stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
            correct_msg = ret.stdout.read()
            error_msg = ret.stderr.read()
            conn.send(correct_msg   error_msg)
        except ConnectionResetError:
            break
            
conn.close()
phone.close()

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，数据也很小，会合到一起，产生粘包）

服务端

代码语言：javascript复制

import socket


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

phone.bind(('127.0.0.1', 8080))

phone.listen(5)

conn, client_addr = phone.accept()

frist_data = conn.recv(1024)
print('1:',frist_data.decode('utf-8')) # 1: helloworld
second_data = conn.recv(1024)
print('2:',second_data.decode('utf-8'))


conn.close()
phone.close()

客户端

代码语言：javascript复制

import socket

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

phone.connect(('127.0.0.1', 8080))

phone.send(b'hello')
phone.send(b'world')

phone.close()

粘包的解决方案

struct模块

该模块可以把一个类型，如数字，转成固定长度的bytes

代码语言：javascript复制

import struct
# 将一个数字转化成等长度的bytes类型。
ret = struct.pack('i', 183346)
print(ret, type(ret), len(ret))

# 通过unpack反解回来
ret1 = struct.unpack('i',ret)[0]
print(ret1, type(ret1), len(ret1))

# 但是通过struct 处理不能处理太大

方案一:

代码语言：javascript复制

import socket
import subprocess
import struct

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

phone.bind(('127.0.0.1', 8080))

phone.listen(5)

while 1:
    conn, client_addr = phone.accept()
    print(client_addr)
    
while 1:
    try:
        cmd = conn.recv(1024)
        ret = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'), shell=True,stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
        correct_msg = ret.stdout.read()
        error_msg = ret.stderr.read()

        # 1 制作固定报头
        total_size = len(correct_msg)   len(error_msg)
        header = struct.pack('i', total_size)

        # 2 发送报头
        conn.send(header)

        # 发送真实数据：
        conn.send(correct_msg)
        conn.send(error_msg)
     except ConnectionResetError:
        break
        
conn.close()
phone.close()

# 但是low版本有问题：
# 1，报头不只有总数据大小，而是还应该有MD5数据，文件名等等一些数据。
# 2，通过struct模块直接数据处理，不能处理太大。

客户端

代码语言：javascript复制

import socket
import struct

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

phone.connect(('127.0.0.1', 8080))

while 1:
    cmd = input('>>>').strip()
    if not cmd: continue
    phone.send(cmd.encode('utf-8'))
    
    # 1，接收固定报头
    header = phone.recv(4)

    # 2，解析报头
    total_size = struct.unpack('i', header)[0]
    
    # 3，根据报头信息，接收真实数据
    recv_size = 0
    res = b''

    while recv_size < total_size:
        recv_data = phone.recv(1024)
        res  = recv_data
        recv_size  = len(recv_data)

    print(res.decode('gbk'))

phone.close()

方案二：可自定制报头

代码语言：javascript复制

整个流程的大致解释：
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描述信息(大小啊之类的)，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。
我们在网络上传输的所有数据 都叫做数据包，数据包里的所有数据都叫做报文，报文里面不止有你的数
据，还有ip地址、mac地址、端口号等等，其实所有的报文都有报头，这个报头是协议规定的，看一下

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：
先手报头长度，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描述信息，然后去取真实的数据内容

服务端

代码语言：javascript复制

import socket
import subprocess
import struct
import json

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

phone.bind(('127.0.0.1', 8080))

phone.listen(5)

while 1:
    conn, client_addr = phone.accept()
    print(client_addr)

    while 1:
        try:
            cmd = conn.recv(1024)
            ret = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'), shell=True,stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
            correct_msg = ret.stdout.read()
            error_msg = ret.stderr.read()

             # 1 制作固定报头
             total_size = len(correct_msg)   len(error_msg)

            header_dict = {
                'md5': 'fdsaf2143254f',
                'file_name': 'f1.txt',
                'total_size': total_size,
            }
            
             header_dict_json = json.dumps(header_dict) # str
             bytes_headers = header_dict_json.encode('utf-8')

            header_size = len(bytes_headers)

            header = struct.pack('i', header_size)

            # 2 发送报头长度
            conn.send(header)

            # 3 发送报头
            conn.send(bytes_headers)

            # 4 发送真实数据：
            conn.send(correct_msg)
            conn.send(error_msg)
        except ConnectionResetError:
            break

conn.close()
phone.close()

客户端

代码语言：javascript复制

import socket
import struct
import json

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

phone.connect(('127.0.0.1', 8080))

while 1:
    cmd = input('>>>').strip()
    if not cmd: continue
    phone.send(cmd.encode('utf-8'))
    
    # 1，接收固定报头
    header_size = struct.unpack('i', phone.recv(4))[0]

    # 2，解析报头长度
    header_bytes = phone.recv(header_size)
    
    header_dict = json.loads(header_bytes.decode('utf-8'))
    
    # 3,收取报头
    total_size = header_dict['total_size']
    
    # 3，根据报头信息，接收真实数据
    recv_size = 0
    res = b''

    while recv_size < total_size:
        recv_data = phone.recv(1024)
        res  = recv_data
        recv_size  = len(recv_data)
    
    print(res.decode('gbk'))

phone.close()

FTP上传下载文件的代码（简单版）

服务端

代码语言：javascript复制

import socket
import struct
import json
sk = socket.socket()
# buffer = 4096 # 当双方的这个接收发送的大小比较大的时候，就像这个4096，就会丢数据，这
个等我查一下再告诉大家，改小了就ok的，在linux上也是ok的。
buffer = 1024 #每次接收数据的大小
sk.bind(('127.0.0.1',8090))
sk.listen()

conn,addr = sk.accept()
#接收
head_len = conn.recv(4)
head_len = struct.unpack('i',head_len)[0] #解包

json_head = conn.recv(head_len).decode('utf-8') #反序列化
head = json.loads(json_head)
filesize = head['filesize']

with open(head['filename'],'wb') as f:
    while filesize:
        if filesize >= buffer: #>=是因为如果刚好等于的情况出现也是可以的。
             content = conn.recv(buffer)
            f.write(content)
            filesize -= buffer
        else:
            content = conn.recv(buffer)
            f.write(content)
            break

conn.close()
sk.close()

客户端

代码语言：javascript复制

import os
import json
import socket
import struct
sk = socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1',8090))
buffer = 1024 #读取文件的时候，每次读取的大小
head = {
            'filepath':r'C:UsersAaronDesktop新建文件夹', #需要下载的文件路径，也就是文件所在的文件夹
            'filename':'config', #改成上面filepath下的一个文件
            'filesize':None,
       }
       
file_path = os.path.join(head['filepath'],head['filename'])
filesize = os.path.getsize(file_path)
head['filesize'] = filesize

# json_head = json.dumps(head,ensure_ascii=False) #字典转换成字符串
json_head = json.dumps(head) #字典转换成字符串
bytes_head = json_head.encode('utf-8') #字符串转换成bytes类型
print(json_head)
print(bytes_head)

#计算head的长度，因为接收端先接收我们自己定制的报头，对吧
head_len = len(bytes_head) #报头长度
pack_len = struct.pack('i',head_len)
print(head_len)
print(pack_len)
sk.send(pack_len) #先发送报头长度
sk.send(bytes_head) #再发送bytes类型的报头

#即便是视频文件，也是可以按行来读取的，也可以readline，也可以for循环，但是读取出来的数据
大小就不固定了，影响效率，有可能读的比较小，也可能很大，像视频文件一般都是一行的二进制字节
流。
#所有我们可以用read，设定一个一次读取内容的大小，一边读一边发，一边收一边写
with open(file_path,'rb') as f:
    while filesize:
        if filesize >= buffer: #>=是因为如果刚好等于的情况出现也是可以的。
            content = f.read(buffer) #每次读取出来的内容
            sk.send(content)
            filesize -= buffer #每次减去读取的大小
        else: #那么说明剩余的不够一次读取的大小了，那么只要把剩下的读取出来发送过去就行了
            content = f.read(filesize)
            sk.send(content)
            break
sk.close()

udp bind connect send socket

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