Python socket 通信初步

Python 中的 socket 是一个用于网络通信的基本模块，我们可以使用 socket 来进行简单的网络通信以及深入了解 socket。

socket 对象

首先我们来了解一下 socket 对象。

socket 的建立

这一部分我们会使用简单的示例来演示 socket 的建立。

• 客户端的 socket 可以由以下几种方式创建：

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 创建一个 socket 对象，AF_INET 指定使用 IPV4 地址，SOCK_STREAM 指定使用 TCP 协议

s.connect(('www.baidu.com', 80))
# 连接到 www.baidu.com 地址的 80 端口

# do something

或者

import socket

with socket.create_connection(('www.baidu.com', 80)) as s:
    # do something

• 服务端的 socket 可以由以下几种方式创建：

import socket

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

s.bind(('localhost', 9999))
# 绑定端口

s.listen(5)
# 监听端口，最多可以接受 5 个连接

while True:
    # 接受一个新连接

    c, addr = s.accept()
    # 创建新的 socket 对象

    # do something

或者

import socket

with socket.create_server(('localhost', 9999)) as s:
    c, addr = s.accept()
    # do something

如果想同时支持 IPv6，也可以

import socket

kwargs = {'family': socket.AF_INET6, 'dualstack_ipv6': True} if socket.has_dualstack_ipv6() else {}
with socket.create_server(('localhost', 9999), **kwargs) as s:
    c, addr = s.accept()
    # do something

数据的发送和接收

• 发送数据

s.send(b'Hello, world')
# 发送 TCP 数据，发送的数据必须是 `bytes` 类型，如果是字符串，需要先进行编码。
# 该方法不保证能够发送所有的数据，返回值为实际发送的字节数。

s.sendall(b'Hello, world')
# 类似于 `send`，但是如果发送不完，则会一直等待直到发送完毕。
# 发送成功后返回 `None`，如果发送失败，则抛出异常。

s.sendfile(file)
# 发送文件。
# 发送成功后返回发送字节总数。

• 接收数据

data = s.recv(1024)
# 接收 TCP 数据，接收的数据是 `bytes` 类型，如果收到的数据实为字符串，需要先进行解码。
# 该方法需要指定接收的最大字节数，返回值为实际接收到的数据。

关闭连接

s.close()
# 关闭连接

s.shutdown(socket.SHUT_RDWR)
# 关闭连接，同时关闭发送和接收。

提高性能

上面的示例中，我们的实现是单线程的，如果要提高性能，可以使用多线程或者多进程。

import socket
import threading

def handle_request(sock, addr):
    print('Accept new connection from %s:%s...' % addr)
    # do something
    sock.close()
    print('Connection from %s:%s closed.' % addr)

with socket.create_server(('localhost', 9999)) as s:
    while True:
        c, addr = s.accept()
        t = threading.Thread(target=handle_request, args=(c, addr))
        t.start()

或者

import socket
import multiprocessing

def handle_request(sock, addr):
    print('Accept new connection from %s:%s...' % addr)
    # do something
    sock.close()
    print('Connection from %s:%s closed.' % addr)

with socket.create_server(('localhost', 9999)) as s:
    while True:
        c, addr = s.accept()
        t = multiprocessing.Process(target=handle_request, args=(c, addr))
        t.start()

一个简单的登录认证服务器

我们来看一个简单的登录认证服务器，它可以接收密钥，并返回一个登录结果。

• 服务端

import socket
import multiprocessing
import hashlib

token = input('Please input the token: ').strip()
hashed_token = hashlib.sha256(token.encode('utf-8')).hexdigest()

def handle_request(sock, addr):
    print('Accept new connection from %s:%s...' % addr)
    cli_hash = sock.recv(1024).decode('utf-8')
    if hashed_token == cli_hash:
        sock.send(b'OK')
    else:
        sock.send(b'Bad token')
    sock.close()
    print('Connection from %s:%s closed.' % addr)

with socket.create_server(('localhost', 9999)) as s:
    while True:
        c, addr = s.accept()
        t = multiprocessing.Process(target=handle_request, args=(c, addr))
        t.start()

• 客户端

import socket
import hashlib

token = input('Please input the token: ').strip()
hashed_token = hashlib.sha256(token.encode('utf-8')).hexdigest()

with socket.create_connection(('localhost', 9999)) as s:
    s.send(hashed_token.encode('utf-8'))
    ret = s.recv(1024).decode('utf-8')
    print(ret)