Python 套接字教程 · ZetCode 中文系列教程

# Python 套接字教程 > 原文： [http://zetcode.com/python/socket/](http://zetcode.com/python/socket/) Python 套接字教程展示了如何使用套接字进行 Python 网络编程。套接字编程是低级的。本教程的目的是介绍包括这些低级详细信息的网络编程。有更高级的 Python API，例如 Twisted，可能更适合。在编程中，套接字是网络上运行的两个程序之间通信的端点。套接字用于在客户端程序和服务器程序之间创建连接。 Python 的`socket`模块提供了与 Berkeley 套接字 API 的接口。 > **注意**：在网络中，“套接字”一词具有不同的含义。它用于 IP 地址和端口号的组合。 ## 网络协议 TCP/IP 是设备用于在互联网和大多数本地网络上进行通信的一组协议。 TCP 更可靠，具有大量错误检查并需要更多资源。 HTTP，SMTP 或 FTP 等服务使用它。 UDP 的可靠性要差得多，错误检查的能力也有限，所需资源也更少。 VoIP 等服务使用它。 `socket.SOCK_STREAM`用于为 TCP 创建套接字，而`socket.SOCK_DGRAM`为 UDP 创建套接字。 ## 地址族创建套接字时，必须指定其地址族。然后，我们只能在套接字中使用该类型的地址。 * `AF_UNIX`，`AF_LOCAL` - 本地通讯 * `AF_INET` - IPv4 互联网协议 * `AF_INET6` - IPv6 互联网协议 * `AF_IPX` - IPX-Novell 协议 * `AF_BLUETOOTH` - 无线蓝牙协议 * `AF_PACKET` - 底层数据包接口对于`AF_INET`地址族，指定了一对（主机，端口）。 `host`是一个字符串，表示互联网域表示法中的主机名（如`example.com`）或 IPv4 地址（如`93.184.216.34`），并且`port`是整数。 ## Python 获取 IP 地址使用`gethostbyname()`，我们获得主机的 IP 地址。 `get_ip.py` ```py #!/usr/bin/env python import socket ip = socket.gethostbyname('example.com') print(ip) ``` 该示例打印`example.com`的 IP 地址。 ```py $ ./get_ip.py 93.184.216.34 ``` 这是输出。 ## Python UDP 套接字示例 UDP 是一种通信协议，它通过网络传输独立的数据包，不保证到达且也不保证传递顺序。使用 UDP 的一项服务是每日报价（QOTD）。 `qotd_client.py` ```py #!/usr/bin/env python import socket with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) as s: message = b'' addr = ("djxmmx.net", 17) s.sendto(message, addr) data, address = s.recvfrom(1024) print(data.decode()) ``` 该示例创建一个连接到 QOTD 服务的客户端程序。 ```py import socket ``` 我们导入`socket`模块。 ```py with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) as s: ``` 创建了用于 IPv4 的数据报套接字。 ```py message = b'' ``` 我们发送空消息； QOTD 服务通过向套接字发送任意数据来工作；它只是用引号引起来。为了通过 TCP/UDP 进行通信，我们使用二进制字符串。 ```py addr = ("djxmmx.net", 17) ``` 我们提供地址和端口。 ```py s.sendto(message, addr) ``` 我们使用`sendto()`方法发送数据。 ```py data, address = s.recvfrom(1024) ``` UDP 套接字使用`recvfrom()`接收数据。它的参数是缓冲区大小。返回值是一对（数据，地址），其中数据是代表接收到的数据的字节字符串，而地址是发送数据的套接字的地址。 ```py print(data.decode()) ``` 我们将解码后的数据打印到终端。 ```py $ ./qotd_client.py "Oh the nerves, the nerves; the mysteries of this machine called man! Oh the little that unhinges it, poor creatures that we are!" Charles Dickens (1812-70) ``` 这是一个示例输出。 ## Python TCP 套接字示例是提供当前时间的服务器。客户端无需任何命令即可直接连接到服务器，服务器以当前时间作为响应。 > **注意**：时间服务器来来往往，因此我们可能需要在 <https://www.ntppool.org/en/> 上找到可用的服务器。 `time_client.py` ```py #!/usr/bin/env python import socket with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as s: host = "time.nist.gov" port = 13 s.connect((host, port)) s.sendall(b'') print(str(s.recv(4096), 'utf-8')) ``` 该示例通过连接到时间服务器的 TCP 套接字来确定当前时间。 ```py with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as s: ``` 创建用于 IPv4 的 TCP 套接字。 ```py host = "time.nist.gov" port = 13 ``` 这是工作时间服务器的主机名和端口号。 ```py s.connect((host, port)) ``` 我们使用`connect()`连接到远程套接字。 ```py s.sendall(b'') ``` `sendall()`方法将数据发送到套接字。套接字必须连接到远程套接字。它继续从字节发送数据，直到发送完所有数据或发生错误为止。 ```py print(str(s.recv(4096), 'utf-8')) ``` 我们打印接收到的数据。 `recv()`方法从套接字接收最多`buffersize`个字节。当没有数据可用时，它将阻塞，直到至少一个字节可用或直到远端关闭为止。当远端关闭并读取所有数据时，它将返回一个空字节字符串。 ## Python 套接字 HEAD 请求 HEAD 请求是没有消息正文的 GET 请求。请求/响应的标头包含元数据，例如 HTTP 协议版本或内容类型。 `head_request.py` ```py #!/usr/bin/env python import socket with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as s: s.connect(("webcode.me" , 80)) s.sendall(b"HEAD / HTTP/1.1\r\nHost: webcode.me\r\nAccept: text/html\r\n\r\n") print(str(s.recv(1024), 'utf-8')) ``` 在示例中，我们向`webcode.me`发送 HEAD 请求。 ```py s.sendall(b"HEAD / HTTP/1.1\r\nHost: webcode.me\r\nAccept: text/html\r\n\r\n") ``` 用`HEAD`命令发出头请求，后跟资源 URL 和 HTTP 协议版本。请注意，`\r\n`是通信过程中必不可少的部分。在 [RFC 7231](https://tools.ietf.org/html/rfc7231) 文档中描述了详细信息。 ```py $ head_request.py HTTP/1.1 200 OK Server: nginx/1.6.2 Date: Sun, 08 Sep 2019 11:23:25 GMT Content-Type: text/html Content-Length: 348 Last-Modified: Sat, 20 Jul 2019 11:49:25 GMT Connection: keep-alive ETag: "5d32ffc5-15c" Accept-Ranges: bytes ``` 这是输出。 ## Python 套接字 GET 请求 HTTP GET 方法请求指定资源的表示形式。使用 GET 的请求应仅检索数据。 `get_request.py` ```py #!/usr/bin/env python import socket with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as s: s.connect(("webcode.me" , 80)) s.sendall(b"GET / HTTP/1.1\r\nHost: webcode.me\r\nAccept: text/html\r\nConnection: close\r\n\r\n") while True: data = s.recv(1024) if not data: break print(data.decode()) ``` 该示例使用 GET 请求读取`webcode.me`的主页。 ```py s.sendall(b"GET / HTTP/1.1\r\nHost: webcode.me\r\nAccept: text/html\r\nConnection: close\r\n\r\n") ``` 对于 HTTP 1.1 协议，默认情况下，连接可以是持久的。这就是为什么我们发送`Connection: close`标头的原因。 ```py while True: data = s.recv(1024) if not data: break print(data.decode()) ``` 我们使用`while`循环来处理接收到的数据。如果没有错误发生，则`recv()`返回接收到的字节。如果连接已正常关闭，则返回值为空字节字符串。 `recv()`是一种阻止方法，直到完成它，或者达到超时或发生另一个异常为止。 ```py $ ./get_request.py HTTP/1.1 200 OK Server: nginx/1.6.2 Date: Sun, 08 Sep 2019 11:39:34 GMT Content-Type: text/html Content-Length: 348 Last-Modified: Sat, 20 Jul 2019 11:49:25 GMT Connection: keep-alive ETag: "5d32ffc5-15c" Access-Control-Allow-Origin: * Accept-Ranges: bytes <!DOCTYPE html> <html lang="en"> <head> <meta charset="UTF-8"> <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"> <title>My html page</title> </head> <body> <p> Today is a beautiful day. We go swimming and fishing. </p> <p> Hello there. How are you? </p> </body> </html> ``` 这是输出。 ## 回显客户端服务器示例回显服务器将来自客户端的消息发送回去。这是用于测试和学习的经典示例。 `echo_server.py` ```py #!/usr/bin/env python import socket import time with socket.socket() as s: host = 'localhost' port = 8001 s.bind((host, port)) print(f'socket binded to {port}') s.listen() con, addr = s.accept() with con: while True: data = con.recv(1024) if not data: break con.sendall(data) ``` 回显服务器将客户端消息发送回客户端。 ```py host = 'localhost' port = 8001 ``` 服务器在端口 8001 上的 localhost 上运行。 ```py s.bind((host, port)) ``` `bind()`方法建立通信端点。它将套接字绑定到指定的地址。套接字必须尚未绑定。（地址的格式取决于地址系列。） ```py s.listen() ``` `listen()`方法使服务器可以接受连接。服务器现在可以监听套接字上的连接。 `listen()`具有`backlog`参数。它指定系统在拒绝新连接之前允许的不可接受的连接数。自 Python 3.5 起，此参数是可选的。如果未指定，则选择默认的积压值。 ```py con, addr = s.accept() ``` 使用`accept()`，服务器接受连接。它阻止并等待传入连接。套接字必须绑定到一个地址并监听连接。返回值是一对`(con, addr)`，其中`con`是可用于在连接上发送和接收数据的新套接字对象，而`addr`是绑定到连接另一端上的套接字的地址。请注意，`accept()`创建了一个新的套接字，用于与客户端进行通信，该套接字与监听套接字不同。 `echo_client.py` ```py #!/usr/bin/env python import socket with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as s: host = "localhost" port = 8001 s.connect((host, port)) s.sendall(b'hello there') print(str(s.recv(4096), 'utf-8')) ``` 客户端将消息发送到回显服务器。 ## 异步服务器示例为了提高服务器的性能，我们可以使用`asyncio`模块。 `async_server.py` ```py #!/usr/bin/env python # from threading import current_thread import asyncio async def handle_client(reader, writer): data = (await reader.read(1024)) writer.write(data) writer.close() loop = asyncio.get_event_loop() loop.create_task(asyncio.start_server(handle_client, 'localhost', 8001)) loop.run_forever() ``` 现在，我们可以测试阻塞服务器和非阻塞服务器的性能。 ```py $ ab -c 50 -n 1000 http://localhost:8001/ ``` 例如，我们可以使用 Apache 基准测试工具测试性能。在我们的例子中，命令发送 1000 个请求，一次发送 50 个。在本教程中，我们展示了如何在 Python 中使用套接字创建简单的网络程序。您可能也对以下相关教程感兴趣： [Python 字符串](/lang/python/strings/)， [Python Jinja 教程](/python/jinja/)和 [Python 教程](/lang/python/)，或列出[所有 Python 教程](/all/#python)。