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關于Python Socket編程的要點詳解

前言

在今天的教程中，我們將介紹python基礎知識的Python的socket編程。Python 的socket接口類似于 C 和 Java。因此，如果您已經具有 C/Java 編程背景，那么在 Python 中學習socket編程會容易得多。

但是在 Python 中使用socket要簡單得多，這鼓勵了快速的應用程序開發。所以，不要擔心 Python 是否是你的第一門編程語言，而是應該感到幸運。

Python 提供了兩種類型的 API 庫，可用于socket編程。在底層，Python 利用“ socket ”library為無連接和面向連接的網絡協議實現客戶端和服務器模塊。而在更高級別，您可以使用ftplib和httplib等庫與應用程序級網絡協議（如 FTP 和 HTTP）交互。

在這篇文章中，我們將討論專為 Python socket 編程而設計的最廣泛使用的 “socket ” 庫。我們將介紹該庫提供的主要功能，這些功能可以幫助您構建客戶端和服務器模塊。最后，您將通過示例代碼看到客戶端-服務器通信的演示。

socket是學習 Python socket編程需要了解的最重要和最基本的實體。在本節中，我們介紹了socket的概念以及創建socket并與之通信的相關方法。

Python Socket 編程簡述

什么是socket？

socket 是雙向通信鏈路的端點。端點是 IP 地址和端口號的組合。

對于Client-Server通信，需要在兩端配置socket來發起連接，監聽傳入的消息，然后在兩端發送響應，從而建立雙向通信。

socket 允許位于同一臺機器上的進程之間進行通信，或者在不同環境中工作的不同機器上甚至跨越不同大陸的進程之間進行通信。

如何在 Python 中創建 socket 對象？

要創建/初始化socket，我們使用socket.socket() 方法。它在 Python 的socket模塊中有定義。其語法如下。

sock_obj = socket.socket(socket_family, socket_type, protocol=0)

在哪里，

socket_family：定義用作傳輸機制的協議族。它可以具有兩個值中的任何一個。
- AF_UNIX，或
- AF_INET（IP 版本 4 或 IPv4）。
socket_type：定義兩個端點之間的通信類型。它可以具有以下值。
- SOCK_STREAM（用于面向連接的協議，例如 TCP），或
- SOCK_DGRAM（用于無連接協議，例如 UDP）。
協議：我們通常保留此字段或將此字段設置為零。

import socket   #for sockets

#實例化一個AF_INET, STREAM socket (TCP)

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

print ('Socket Initialized')

這就是創建套接字對象的方法。但是如果上面的例子無法實例化套接字怎么辦。您將如何解決錯誤？

您需要將上述代碼包裝在 Python 的 try 和 except 塊中。通過 Python 異常處理，您可以追蹤錯誤的原因。

#管理python套接字編程中的錯誤
 
import socket   #for sockets
import sys  #for exit
 
try:
    #創建一個 AF_INET, STREAM 套接字 (TCP)

    sock_obj = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
except socket.error as err_msg:
    print ('Unable to instantiate socket. Error code: ' + str(err_msg[0]) + ' , Error message : ' + err_msg[1])
    sys.exit();
 
print ('Socket Initialized')

在接下來的部分中，我們將解釋 Socket 庫中可用的函數來創建客戶端/服務器程序。

Python 的套接字庫中有多少種可用的套接字方法？

我們可以將用于 Python 套接字編程的套接字方法分為以下三類。

服務器套接字方法，
客戶端套接字方法，以及
通用套接字方法。

服務器套接字可用的方法有哪些？

服務器套接字方法

sock_object.bind（地址）：
- 此方法將套接字綁定到地址（主機名、端口號對）
sock_object.listen（積壓）：
- 此方法用于偵聽與套接字關聯的連接。
- backlog 參數表示排隊連接的最大數量。
- 最大值可以達到 5，最小值應該至少為零。
sock_object.accept():
- 此函數返回 (conn, address) 對，其中“conn”是用于在通信通道上發送和接收數據的新套接字對象，“address”是與通道另一端的套接字綁定的 IP 地址。
- ACCEPT() 方法返回一個套接字對象，它不同于使用 socket.socket() 創建的套接字對象。
- 這個新的套接字對象專門用于管理與發生接受的特定客戶端的通信。
- 這種機制還幫助服務器同時保持與 n 個客戶端的連接。

客戶端套接字可用的方法有哪些？

客戶端套接字方法

sock_object.connect():
- 此方法用于將客戶端連接到主機和端口，并啟動與服務器的連接。

Python中可用的通用套接字方法有哪些？

通用套接字方法

sock_object.recv():
- 當協議參數的值為 TCP 時，使用此方法在端點接收消息。
sock_object.send():
- 如果協議是 TCP，則應用此方法從端點發送消息。
sock_object.recvfrom():
- 如果使用的協議是 UDP，則調用此方法以在端點接收消息。
sock_object.sendto():
- 如果協議參數為 UDP，則調用此方法以從端點發送消息。
sock_object.gethostname():
- 此方法返回主機名。
sock_object.close():
- 此方法用于關閉套接字。遠程端點不會從這一端接收數據。

到目前為止，我們已經列出了“ socket ”庫為 Python 套接字編程提供的所有套接字工具。接下來，我們將向您展示實現客戶端-服務器通信的套接字函數調用工作流程。請參考以下快照。它說明了在客戶端和服務器之間建立通道所需的每個套接字調用。

Python Socket 編程工作流程

下圖描述了客戶端和服務器端點的套接字方法的調用順序。

因此，從上面的流程圖中，您將了解在 Python 中創建客戶端/服務器套接字程序所需的所有套接字方法。現在是時候設置真正的 Python 客戶端和服務器組件了。

Python 客戶端-服務器通信示例代碼

客戶端-服務器程序將具有以下兩個 Python 模塊。

Python-Server.py 和
Python-Client.py。

讓我們先檢查一下服務器代碼。請注意，我們已經在 Python 3 上測試了此代碼。

Python-Server.py

該服務器模塊將向/從客戶端發送和接收數據。

Python-Server.py 文件包含創建服務器套接字的代碼，該套接字在收到來自客戶端的請求之前一直處于等待狀態。

每當客戶端連接時，服務器都會接受該連接。

然后客戶端將開始向服務器傳遞消息。
服務器將處理這些消息并將響應發送回客戶端。

在下面的代碼中，我們還要求用戶輸入他想要傳遞給客戶端的響應。

import socket
import time

def Main():
    host = "127.0.0.1"
    port = 5001

    mySocket = socket.socket()
    mySocket.bind((host,port))
                
    mySocket.listen(1)
    conn, addr = mySocket.accept()
    print ("Connection from: " + str(addr))

    while True:
        data = conn.recv(1024).decode()
        if not data:
            break
        print ("from connected  user: " + str(data))
                                                
        data = str(data).upper()
        print ("Received from User: " + str(data))

        data = input(" ? ")
        conn.send(data.encode())
                                                
    conn.close()
                
if __name__ == '__main__':
    Main()

Python-Client.py

在客戶端，我們創建一個套接字并使用提供的主機和端口值連接到服務器。

客戶端代碼有一個用于交換消息的 while 循環。它不斷打印從服務器獲得的所有數據。
在此之后，會調用輸入函數來請求客戶端響應。然后將響應傳遞給服務器。
用戶還可以在任何時間點輸入“q”來停止通信。

import socket

def Main():
    host = '127.0.0.1'
    port = 5001

    mySocket = socket.socket()
    mySocket.connect((host,port))

    message = input(" ? ")

    while message != 'q':
        mySocket.send(message.encode())
	data = mySocket.recv(1024).decode()

	print ('Received from server: ' + data)
	message = input(" ? ")

    mySocket.close()

if __name__ == '__main__':
    Main()

如何運行客戶端-服務器程序？

您需要從單獨的命令窗口運行這兩個模塊，或者您可以在兩個不同的 IDLE 實例中運行它們。

首先，您將執行服務器模塊，然后是客戶端。我們已經給出了客戶端-服務器程序的完整執行摘要。

Python 3.5.1 (v3.5.1:37a07cee5969, Dec  6 2015, 01:54:25) [MSC v.1900 64 bit (AMD64)] on win32
Type "copyright", "credits" or "license()" for more information.

 RESTART: C:\Users\Techbeamers\AppData\Local\Programs\Python\Python35\Python-Server.py 
Connection from: ('127.0.0.1', 50001)
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Python 3.5.1 (v3.5.1:37a07cee5969, Dec 6 2015, 01:54:25) [MSC v.1900 64 bit (AMD64)] on win32
Type "copyright", "credits" or "license()" for more information.
 
 RESTART: C:\Users\Techbeamers\AppData\Local\Programs\Python\Python35\Python-Client.py 
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