Python socket 模块知识点大全

黎明怀羽
109 阅读6分钟

Python socket 模块知识点大全

引言

socket 模块是 Python 标准库中提供的一个模块，旨在提供网络通信的基础设施，支持多种协议的网络编程，如 TCP、UDP、Unix 套接字等。通过 socket 模块，开发者可以实现客户端与服务器之间的网络通信，支持跨平台的应用程序。网络通信涉及到的基础概念，如 IP 地址、端口号、协议（TCP/UDP）、数据包的传输等，都可以通过 socket 模块来轻松实现。

本文将全面介绍 socket 模块的基本概念、常用函数、以及在实际开发中的应用，涵盖从基础的套接字（socket）创建到高级的网络通信技巧，帮助你深入了解 Python 中的网络编程。

一、Socket概念

在深入探讨 socket 模块之前，我们首先需要理解 Socket 的基本概念。Socket 是计算机网络通信的一个抽象层，它通过指定协议（如 TCP 或 UDP）提供通信接口。可以将它看作计算机间数据传输的“通信端口”，通过 IP 地址和端口号来标识不同的通信端点。

1.1 网络通信基本原理

网络通信的基本原理是基于客户端和服务器之间的数据传输。通常，通信的方式分为两种：

  • TCP（Transmission Control Protocol）协议：一种面向连接的协议，保证数据传输的可靠性。客户端和服务器之间的通信需要建立连接。
  • UDP（User Datagram Protocol）协议：一种无连接的协议，不保证数据的可靠传输，适用于需要快速传输的应用场景，如视频流、游戏等。

1.2 套接字的种类

在 socket 编程中，常用的套接字类型有以下几种：

  • SOCK_STREAM：提供面向连接的可靠传输（使用 TCP 协议）。
  • SOCK_DGRAM：提供无连接的传输（使用 UDP 协议）。
  • SOCK_RAW：提供原始套接字接口，直接操作网络协议，常用于实现 IP 层和传输层协议。

二、Socket模块基础操作

2.1 创建Socket对象

在 Python 中，使用 socket.socket() 函数来创建一个新的套接字。该函数的语法如下：

import socket
s = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_STREAM)
  • AF_INET：表示使用 IPv4 协议（IP 地址）。
  • SOCK_STREAM：表示使用 TCP 协议（流式套接字）。

如果需要使用 UDP 协议，则使用 SOCK_DGRAM。

import socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

2.2 套接字绑定（Binding）

对于服务器端，通常需要将套接字与一个 IP 地址和端口号绑定。使用 bind() 方法来完成绑定操作：

s.bind(('localhost', 8080))

这里的 'localhost' 是 IP 地址，8080 是端口号。绑定后，服务器端就可以监听该端口的连接。

2.3 监听连接（Listening）

对于 TCP 服务器，调用 listen() 方法开始监听客户端的连接请求。此方法设置监听队列的大小，一般设置为5，表示最多有5个连接可以等待。

s.listen(5)

2.4 接受连接（Accept）

当客户端发起连接请求时，服务器通过 accept() 方法来接受连接。此方法返回一个新的套接字对象和客户端的地址。

client_socket, client_address = s.accept()
  • client_socket：用于与客户端通信的套接字。
  • client_address：客户端的 IP 地址和端口号。

2.5 发送与接收数据

一旦建立连接，服务器和客户端之间可以通过套接字进行数据的发送和接收。发送数据使用 send() 方法，接收数据使用 recv() 方法：

# 发送数据
client_socket.send(b'Hello, Client!')
​
# 接收数据
data = client_socket.recv(1024)

其中，1024 表示接收的最大字节数。recv() 方法会返回接收到的数据。

2.6 关闭连接（Close）

通信完成后，需要关闭套接字连接，以释放系统资源：

client_socket.close()
s.close()

三、TCP服务器与客户端示例

3.1 TCP服务器端示例

以下是一个简单的 TCP 服务器端程序，它创建了一个套接字，绑定到指定端口并开始监听，接受客户端连接并交换数据：

import socket
​
def start_server():
    # 创建套接字
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    
    # 绑定到本地IP地址和端口
    server_socket.bind(('localhost', 8080))
    
    # 启动监听
    server_socket.listen(5)
    print("Server is listening on port 8080...")
    
    while True:
        # 接受客户端连接
        client_socket, client_address = server_socket.accept()
        print(f"Connection from {client_address}")
        
        # 接收数据
        data = client_socket.recv(1024)
        print(f"Received: {data.decode()}")
        
        # 发送响应数据
        client_socket.send(b"Hello from server!")
        
        # 关闭客户端连接
        client_socket.close()
​
if __name__ == '__main__':
    start_server()

3.2 TCP客户端示例

以下是一个简单的 TCP 客户端程序，它连接到服务器端并与其交换数据：

import socket

def start_client():
    # 创建套接字
    client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    
    # 连接到服务器
    client_socket.connect(('localhost', 8080))
    
    # 发送数据
    client_socket.send(b"Hello from client!")
    
    # 接收数据
    data = client_socket.recv(1024)
    print(f"Received from server: {data.decode()}")
    
    # 关闭连接
    client_socket.close()

if __name__ == '__main__':
    start_client()

四、UDP编程

4.1 UDP服务器端

UDP 编程比 TCP 简单，因为它是无连接的协议。在 UDP 中，服务器端和客户端不需要建立连接，只需要将数据发送到指定的地址和端口即可。

UDP 服务器端的代码如下：

import socket

def start_udp_server():
    # 创建UDP套接字
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    
    # 绑定到本地IP地址和端口
    server_socket.bind(('localhost', 8080))
    
    print("UDP Server is listening on port 8080...")
    
    while True:
        # 接收客户端数据
        data, client_address = server_socket.recvfrom(1024)
        print(f"Received message from {client_address}: {data.decode()}")
        
        # 发送响应数据
        server_socket.sendto(b"Hello from UDP server!", client_address)

if __name__ == '__main__':
    start_udp_server()

4.2 UDP客户端

UDP客户端的代码比TCP客户端更加简单，因为它不需要建立连接。代码如下：

import socket

def start_udp_client():
    # 创建UDP套接字
    client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    
    # 发送数据
    client_socket.sendto(b"Hello UDP Server!", ('localhost', 8080))
    
    # 接收响应
    data, server_address = client_socket.recvfrom(1024)
    print(f"Received from server: {data.decode()}")
    
    # 关闭连接
    client_socket.close()

if __name__ == '__main__':
    start_udp_client()

五、Python Socket模块的高级用法

5.1 非阻塞模式与超时设置

默认情况下，socket 是阻塞的，即在发送或接收数据时，程序会等待操作完成后才继续执行。如果需要实现非阻塞模式，可以使用 setblocking() 方法来设置：

s.setblocking(False)

此外，还可以设置连接的超时时间。例如，设置连接超时为5秒：

s.settimeout(5)

5.2 处理多个客户端

在实际开发中，服务器通常需要处理多个客户端的请求。可以使用多线程或者异步方式来处理并发连接。以下是一个简单的多线程服务器端示例：

import socket
import threading
​
def handle_client(client_socket):
    data = client_socket.recv(1024)
    print(f"Received: {data.decode()}")
    client_socket.send(b"Hello from server!")
    client_socket.close()
​
def start_server():
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    server_socket.bind(('localhost', 8080))
    server_socket.listen(5)
    print("Server is listening on port 8080...")
    
    while True:
        client_socket, client_address = server_socket.accept()
        print(f"Connection from {client_address}")
        client_handler = threading.Thread(target=handle_client, args=(client_socket,)) client_handler.start()
​
if **name** == '**main**': 
    start_server()

六、总结

通过 socket 模块，Python 提供了一种简便的方式来实现网络通信，无论是 TCP 还是 UDP 都能够轻松上手。了解并掌握 socket 的基本操作、连接管理、数据传输等内容，是进行网络编程的基础。希望本文对你理解 Python 的网络编程有所帮助，并能在实际开发中提供指导。

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