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Python網(wǎng)絡(luò)編程之socket與socketserver

 更新時(shí)間：2022年05月30日 16:50:15   作者：springsnow  
這篇文章介紹了Python網(wǎng)絡(luò)編程之socket與socketserver，文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì)。對(duì)大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價(jià)值，需要的朋友可以參考下

一、基于TCP協(xié)議的socket套接字編程

1、套接字工作流程

先從服務(wù)器端說(shuō)起。服務(wù)器端先初始化Socket，然后與端口綁定(bind)，對(duì)端口進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)(listen)，調(diào)用accept阻塞，等待客戶端連接。在這時(shí)如果有個(gè)客戶端初始化一個(gè)Socket，然后連接服務(wù)器(connect)，如果連接成功，這時(shí)客戶端與服務(wù)器端的連接就建立了?？蛻舳税l(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，服務(wù)器端接收請(qǐng)求并處理請(qǐng)求，然后把回應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端，客戶端讀取數(shù)據(jù)，最后關(guān)閉連接，一次交互結(jié)束，使用以下Python代碼實(shí)現(xiàn)：

import socket
# 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，默認(rèn)值為 0
socket.socket(socket_family, socket_type, protocal=0)
# 獲取tcp/ip套接字
tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 獲取udp/ip套接字
udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

1、 服務(wù)端套接字函數(shù)

  • s.bind()：綁定(主機(jī),端口號(hào))到套接字
  • s.listen()：開(kāi)始TCP監(jiān)聽(tīng)
  • s.accept()：被動(dòng)接受TCP客戶的連接,(阻塞式)等待連接的到來(lái)

2、 客戶端套接字函數(shù)

  • s.connect()：主動(dòng)初始化TCP服務(wù)器連接
  • s.connect_ex()：connect()函數(shù)的擴(kuò)展版本,出錯(cuò)時(shí)返回出錯(cuò)碼,而不是拋出異常

3、 公共用途的套接字函數(shù)

  • s.recv()：接收TCP數(shù)據(jù)
  • s.send()：發(fā)送TCP數(shù)據(jù)(send在待發(fā)送數(shù)據(jù)量大于己端緩存區(qū)剩余空間時(shí),數(shù)據(jù)丟失,不會(huì)發(fā)完)
  • s.sendall()：發(fā)送完整的TCP數(shù)據(jù)(本質(zhì)就是循環(huán)調(diào)用send,sendall在待發(fā)送數(shù)據(jù)量大于己端緩存區(qū)剩余空間時(shí),數(shù)據(jù)不丟失,循環(huán)調(diào)用send直到發(fā)完)
  • s.recvfrom()：接收UDP數(shù)據(jù)
  • s.sendto()：發(fā)送UDP數(shù)據(jù)
  • s.getpeername()：連接到當(dāng)前套接字的遠(yuǎn)端的地址
  • s.getsockname()：當(dāng)前套接字的地址
  • s.getsockopt()：返回指定套接字的參數(shù)
  • s.setsockopt()：設(shè)置指定套接字的參數(shù)
  • s.close()：關(guān)閉套接字

4、 面向鎖的套接字方法

  • s.setblocking()：設(shè)置套接字的阻塞與非阻塞模式
  • s.settimeout()：設(shè)置阻塞套接字操作的超時(shí)時(shí)間
  • s.gettimeout()：得到阻塞套接字操作的超時(shí)時(shí)間

5、 面向文件的套接字的函數(shù)

  • s.fileno()：套接字的文件描述符
  • s.makefile()：創(chuàng)建一個(gè)與該套接字相關(guān)的文件

2、基于TCP協(xié)議的套接字編程

可以通過(guò)netstat -an | findstr 8080查看套接字狀態(tài)

1、 服務(wù)端

import socket
# 1、買手機(jī)
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # tcp稱為流式協(xié)議,udp稱為數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議SOCK_DGRAM
# print(phone)
# 2、插入/綁定手機(jī)卡
# phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)
phone.bind(('127.0.0.1', 8080))
# 3、開(kāi)機(jī)
phone.listen(5) # 半連接池，限制的是請(qǐng)求數(shù)
# 4、等待電話連接
print('start....')
while True: # 連接循環(huán)
conn, client_addr = phone.accept() # （三次握手建立的雙向連接，（客戶端的ip，端口））
# print(conn)
print('已經(jīng)有一個(gè)連接建立成功', client_addr)
# 5、通信：收\(chéng)發(fā)消息
while True: # 通信循環(huán)
try:
print('服務(wù)端正在收數(shù)據(jù)...')
data = conn.recv(1024) # 最大接收的字節(jié)數(shù)，沒(méi)有數(shù)據(jù)會(huì)在原地一直等待收，即發(fā)送者發(fā)送的數(shù)據(jù)量必須>0bytes
# print('===>')
if len(data) == 0: break # 在客戶端單方面斷開(kāi)連接，服務(wù)端才會(huì)出現(xiàn)收空數(shù)據(jù)的情況
print('來(lái)自客戶端的數(shù)據(jù)', data)
conn.send(data.upper())
except ConnectionResetError:
break
# 6、掛掉電話連接
 conn.close()
# 7、關(guān)機(jī)
phone.close()
# start....
# 已經(jīng)有一個(gè)連接建立成功 ('127.0.0.1', 4065)
# 服務(wù)端正在收數(shù)據(jù)...
# 來(lái)自客戶端的數(shù)據(jù) b'\xad'
# 服務(wù)端正在收數(shù)據(jù)...

2、 客戶端

import socket
# 1、買手機(jī)
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# print(phone)
# 2、撥電話
phone.connect(('127.0.0.1', 8080)) # 指定服務(wù)端ip和端口
# 3、通信：發(fā)\收消息
while True: # 通信循環(huán)
msg = input('>>: ').strip() # msg=''
if len(msg) == 0: continue
phone.send(msg.encode('utf-8'))
# print('has send----->')
data = phone.recv(1024)
# print('has recv----->')
print(data)
# 4、關(guān)閉
phone.close()
# >>: 啊
# b'a'
# >>: 啊啊
# b'\xb0\xa1\xb0\xa1'
# >>:

3、地址占用問(wèn)題

這個(gè)是由于你的服務(wù)端仍然存在四次揮手的time_wait狀態(tài)在占用地址（如果不懂，請(qǐng)深入研究1.tcp三次握手，四次揮手 2.syn洪水攻擊 3.服務(wù)器高并發(fā)情況下會(huì)有大量的time_wait狀態(tài)的優(yōu)化方法）

1、 方法一：加入一條socket配置，重用ip和端口

# 

phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
phone.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加
phone.bind(('127.0.0.1',8080))

2、 方法二：通過(guò)調(diào)整linux內(nèi)核參數(shù)

發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在大量TIME_WAIT狀態(tài)的連接，通過(guò)調(diào)整linux內(nèi)核參數(shù)解決，
vi /etc/sysctl.conf
編輯文件，加入以下內(nèi)容：
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
然后執(zhí)行 /sbin/sysctl -p 讓參數(shù)生效。
net.ipv4.tcp_syncookies = 1 表示開(kāi)啟SYN Cookies。當(dāng)出現(xiàn)SYN等待隊(duì)列溢出時(shí)，啟用cookies來(lái)處理，可防范少量SYN攻擊，默認(rèn)為0，表示關(guān)閉；
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 表示開(kāi)啟重用。允許將TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP連接，默認(rèn)為0，表示關(guān)閉；
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 表示開(kāi)啟TCP連接中TIME-WAIT sockets的快速回收，默認(rèn)為0，表示關(guān)閉。
net.ipv4.tcp_fin_timeout 修改系統(tǒng)默認(rèn)的 TIMEOUT 時(shí)間

4、模擬ssh遠(yuǎn)程執(zhí)行命令

服務(wù)端通過(guò)subprocess執(zhí)行該命令,然后返回命令的結(jié)果。

服務(wù)端：

from socket import *
import subprocess
server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
server.bind(('127.0.0.1', 8000))
server.listen(5)
print('start...')
while True:
conn, client_addr = server.accept()
while True:
print('from client:', client_addr)
cmd = conn.recv(1024)
if len(cmd) == 0: break
print('cmd:', cmd)
obj = subprocess.Popen(cmd.decode('utf8'), # 輸入的cmd命令
shell=True, # 通過(guò)shell運(yùn)行
stderr=subprocess.PIPE, # 把錯(cuò)誤輸出放入管道，以便打印
stdout=subprocess.PIPE) # 把正確輸出放入管道，以便打印

stdout = obj.stdout.read() # 打印正確輸出
stderr = obj.stderr.read() # 打印錯(cuò)誤輸出

conn.send(stdout)
conn.send(stderr)
conn.close()
server.close()

客戶端

import socket
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1', 8000))
while True:
data = input('please enter your data')
client.send(data.encode('utf8'))
data = client.recv(1024)
print('from server:', data)
client.close()

輸入dir命令，由于服務(wù)端發(fā)送字節(jié)少于1024字節(jié)，客戶端可以接受。

輸入tasklist命令，由于服務(wù)端發(fā)送字節(jié)多于1024字節(jié)，客戶端只接受部分?jǐn)?shù)據(jù)，并且當(dāng)你再次輸入dir命令的時(shí)候，客戶端會(huì)接收dir命令的結(jié)果，但是會(huì)打印上一次的剩余未發(fā)送完的數(shù)據(jù)，這就是粘包問(wèn)題。

5、粘包

1、發(fā)送端需要等緩沖區(qū)滿才發(fā)送出去，造成粘包

發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)間間隔很短，數(shù)據(jù)量很小，會(huì)合到一起，產(chǎn)生粘包。

服務(wù)端

# _*_coding:utf-8_*_
from socket import *
ip_port = ('127.0.0.1', 8080)
TCP_socket_server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
TCP_socket_server.bind(ip_port)
TCP_socket_server.listen(5)
conn, addr = TCP_socket_server.accept()

data1 = conn.recv(10)
data2 = conn.recv(10)
print('----->', data1.decode('utf-8'))
print('----->', data2.decode('utf-8'))
conn.close()

客戶端

# _*_coding:utf-8_*_
import socket
BUFSIZE = 1024
ip_port = ('127.0.0.1', 8080)
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
res = s.connect_ex(ip_port)
s.send('hello'.encode('utf-8'))
s.send('world'.encode('utf-8'))

# 服務(wù)端一起收到b'helloworld'

2、接收方不及時(shí)接收緩沖區(qū)的包，造成多個(gè)包接收

客戶端發(fā)送了一段數(shù)據(jù)，服務(wù)端只收了一小部分，服務(wù)端下次再收的時(shí)候還是從緩沖區(qū)拿上次遺留的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生粘包。

服務(wù)端

# _*_coding:utf-8_*_
from socket import *
ip_port = ('127.0.0.1', 8080)
TCP_socket_server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
TCP_socket_server.bind(ip_port)
TCP_socket_server.listen(5)
conn, addr = TCP_socket_server.accept()
data1 = conn.recv(2) # 一次沒(méi)有收完整
data2 = conn.recv(10) # 下次收的時(shí)候,會(huì)先取舊的數(shù)據(jù),然后取新的
print('----->', data1.decode('utf-8'))
print('----->', data2.decode('utf-8'))
conn.close()

客戶端

# _*_coding:utf-8_*_
import socket
BUFSIZE = 1024
ip_port = ('127.0.0.1', 8080)
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
res = s.connect_ex(ip_port)
s.send('hello feng'.encode('utf-8'))

6、解決粘包問(wèn)題

1、先發(fā)送的字節(jié)流總大小(low版)

問(wèn)題的根源在于，接收端不知道發(fā)送端將要傳送的字節(jié)流的長(zhǎng)度，所以解決粘包的方法就是圍繞，如何讓發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)前，把自己將要發(fā)送的字節(jié)流總大小讓接收端知曉，然后接收端來(lái)一個(gè)死循環(huán)接收完所有數(shù)據(jù)。

為何low：程序的運(yùn)行速度遠(yuǎn)快于網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，所以在發(fā)送一段字節(jié)前，先用send去發(fā)送該字節(jié)流長(zhǎng)度，這種方式會(huì)放大網(wǎng)絡(luò)延遲帶來(lái)的性能損耗。

服務(wù)端：

import socket, subprocess
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server.bind(('127.0.0.1', 8000))
server.listen(5)
while True:
conn, addr = server.accept()
print('start...')
while True:
cmd = conn.recv(1024)
print('cmd:', cmd)
obj = subprocess.Popen(cmd.decode('utf8'),
shell=True,
stderr=subprocess.PIPE,
stdout=subprocess.PIPE)
stdout = obj.stdout.read()
if stdout:
ret = stdout
else:
stderr = obj.stderr.read()
ret = stderr
ret_len = len(ret)
 conn.send(str(ret_len).encode('utf8'))
data = conn.recv(1024).decode('utf8')
if data == 'recv_ready':
conn.sendall(ret)
conn.close()
server.close()

客戶端：

import socket
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1', 8000))
while True:
msg = input('please enter your cmd you want>>>').strip()
if len(msg) == 0: continue
client.send(msg.encode('utf8'))
length = int(client.recv(1024))
client.send('recv_ready'.encode('utf8'))
send_size = 0
recv_size = 0
data = b''
while recv_size < length:
data = client.recv(1024)
recv_size += len(data)
print(data.decode('utf8'))

2、自定義固定長(zhǎng)度報(bào)頭（struct模塊）

struct模塊解析

import struct
import json
# 'i'是格式
try:
obj = struct.pack('i', 1222222222223)
except Exception as e:
print(e)
obj = struct.pack('i', 1222)
print(obj, len(obj))
# 'i' format requires -2147483648 <= number <= 2147483647
# b'\xc6\x04\x00\x00' 4

res = struct.unpack('i', obj)
print(res[0])
# 1222

解決粘包問(wèn)題的核心就是：為字節(jié)流加上自定義固定長(zhǎng)度報(bào)頭，報(bào)頭中包含字節(jié)流長(zhǎng)度，然后一次send到對(duì)端，對(duì)端在接收時(shí)，先從緩存中取出定長(zhǎng)的報(bào)頭，然后再取真實(shí)數(shù)據(jù)。

1、 使用struct模塊創(chuàng)建報(bào)頭：

import json
import struct
header_dic = {
'filename': 'a.txt',
'total_size':111111111111111111111111111111111222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222223131232,
'hash': 'asdf123123x123213x'
}
header_json = json.dumps(header_dic)
header_bytes = header_json.encode('utf-8')
print(len(header_bytes))# 223
# 'i'是格式
obj = struct.pack('i', len(header_bytes))
print(obj, len(obj))
# b'\xdf\x00\x00\x00' 4

res = struct.unpack('i', obj)
print(res[0])
# 223

2、服務(wù)端：

from socket import *
import subprocess
import struct
import json
server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
server.bind(('127.0.0.1', 8000))
server.listen(5)
print('start...')
while True:
conn, client_addr = server.accept()
print(conn, client_addr)
while True:
cmd = conn.recv(1024)
obj = subprocess.Popen(cmd.decode('utf8'),
shell=True,
stderr=subprocess.PIPE,
stdout=subprocess.PIPE)
stderr = obj.stderr.read()
stdout = obj.stdout.read()
# 制作報(bào)頭
header_dict = {
'filename': 'a.txt',
'total_size': len(stdout) + len(stderr),
'hash': 'xasf123213123'
}
header_json = json.dumps(header_dict)
header_bytes = header_json.encode('utf8')
# 1. 先把報(bào)頭的長(zhǎng)度len(header_bytes)打包成4個(gè)bytes，然后發(fā)送
conn.send(struct.pack('i', len(header_bytes)))
# 2. 發(fā)送報(bào)頭
 conn.send(header_bytes)
# 3. 發(fā)送真實(shí)的數(shù)據(jù)
 conn.send(stdout)
conn.send(stderr)
conn.close()
server.close()

3、 客戶端：

from socket import *
import json
import struct
client = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1', 8000))
while True:
cmd = input('please enter your cmd you want>>>')
if len(cmd) == 0: continue
client.send(cmd.encode('utf8'))
# 1. 先收4個(gè)字節(jié)，這4個(gè)字節(jié)中包含報(bào)頭的長(zhǎng)度
header_len = struct.unpack('i', client.recv(4))[0]
# 2. 再接收?qǐng)?bào)頭
header_bytes = client.recv(header_len)
# 3. 從包頭中解析出想要的東西
header_json = header_bytes.decode('utf8')
header_dict = json.loads(header_json)
total_size = header_dict['total_size']
# 4. 再收真實(shí)的數(shù)據(jù)
recv_size = 0
res = b''
while recv_size < total_size:
data = client.recv(1024)
res += data
recv_size += len(data)
print(res.decode('utf8'))
client.close()

二、基于UDP協(xié)議的socket套接字編程

  • UDP是無(wú)鏈接的，先啟動(dòng)哪一端都不會(huì)報(bào)錯(cuò)，并且可以同時(shí)多個(gè)客戶端去跟服務(wù)端通信

  • UDP協(xié)議是數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議，發(fā)空的時(shí)候也會(huì)自帶報(bào)頭，因此客戶端輸入空，服務(wù)端也能收到。

  • UPD協(xié)議一般不用于傳輸大數(shù)據(jù)。

  • UPD套接字無(wú)粘包問(wèn)題，但是不能替代TCP套接字，因?yàn)閁PD協(xié)議有一個(gè)缺陷：如果數(shù)據(jù)發(fā)送的途中，數(shù)據(jù)丟失，則數(shù)據(jù)就丟失了，而TCP協(xié)議則不會(huì)有這種缺陷，因此一般UPD套接字用戶無(wú)關(guān)緊要的數(shù)據(jù)發(fā)送，例如qq聊天。

UDP套接字簡(jiǎn)單示例

1、服務(wù)端

import socket
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) # 數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議-》UDP
server.bind(('127.0.0.1', 8080))
while True:
data, client_addr = server.recvfrom(1024)
print('===>', data, client_addr)
server.sendto(data.upper(), client_addr)
server.close()

2、客戶端

import socket
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) # 數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議-》UDP
while True:
msg = input('>>: ').strip() # msg=''
client.sendto(msg.encode('utf-8'), ('127.0.0.1', 8080))
data, server_addr = client.recvfrom(1024)
print(data)
client.close()

三、基于socketserver實(shí)現(xiàn)并發(fā)的socket編程

1、基于TCP協(xié)議

基于tcp的套接字，關(guān)鍵就是兩個(gè)循環(huán)，一個(gè)鏈接循環(huán)，一個(gè)通信循環(huán)

socketserver模塊中分兩大類：server類（解決鏈接問(wèn)題）和request類（解決通信問(wèn)題）。

1、 server類

2、 request類

基于tcp的socketserver我們自己定義的類中的。

  • self.server即套接字對(duì)象

  • self.request即一個(gè)鏈接

  • self.client_address即客戶端地址

3、 服務(wù)端

import socketserver
class MyHandler(socketserver.BaseRequestHandler):
def handle(self):
# 通信循環(huán)
while True:
# print(self.client_address)
# print(self.request) #self.request=conn
try:
data = self.request.recv(1024)
if len(data) == 0: break
self.request.send(data.upper())
except ConnectionResetError:
break
if __name__ == '__main__':
s = socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1', 8080), MyHandler, bind_and_activate=True)
s.serve_forever() # 代表連接循環(huán)
# 循環(huán)建立連接，每建立一個(gè)連接就會(huì)啟動(dòng)一個(gè)線程（服務(wù)員）+調(diào)用Myhanlder類產(chǎn)生一個(gè)對(duì)象，調(diào)用該對(duì)象下的handle方法，專門(mén)與剛剛建立好的連接做通信循環(huán)

4、 客戶端

import socket
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
phone.connect(('127.0.0.1', 8080)) # 指定服務(wù)端ip和端口
while True:
# msg=input('>>: ').strip() #msg=''
msg = 'client33333' # msg=''
if len(msg) == 0: continue
phone.send(msg.encode('utf-8'))
data = phone.recv(1024)
print(data)
phone.close()

2、基于UDP協(xié)議

基于udp的socketserver我們自己定義的類中的

  • self.request是一個(gè)元組（第一個(gè)元素是客戶端發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，第二部分是服務(wù)端的udp套接字對(duì)象），如(b'adsf', )
  • self.client_address即客戶端地址

1、 服務(wù)端

import socketserver
class MyHandler(socketserver.BaseRequestHandler):
def handle(self):
# 通信循環(huán)
print(self.client_address)
print(self.request)
data = self.request[0]
print('客戶消息', data)
self.request[1].sendto(data.upper(), self.client_address)
if __name__ == '__main__':
s = socketserver.ThreadingUDPServer(('127.0.0.1', 8080), MyHandler)
s.serve_forever()

2、 客戶端

import socket
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) # 數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議-》udp
while True:
# msg=input('>>: ').strip() #msg=''
msg = 'client1111'
client.sendto(msg.encode('utf-8'), ('127.0.0.1', 8080))
data, server_addr = client.recvfrom(1024)
print(data)
client.close()

四、Python Internet 模塊

以下列出了 Python 網(wǎng)絡(luò)編程的一些重要模塊：

協(xié)議功能用處端口號(hào)Python 模塊
HTTP網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn)80httplib, urllib, xmlrpclib
NNTP閱讀和張貼新聞文章，俗稱為"帖子"119nntplib
FTP文件傳輸20ftplib, urllib
SMTP發(fā)送郵件25smtplib
POP3接收郵件110poplib
IMAP4獲取郵件143imaplib
Telnet命令行23telnetlib
Gopher信息查找70gopherlib, urllib

到此這篇關(guān)于Python網(wǎng)絡(luò)編程之socket與socketserver的文章就介紹到這了。希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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