Python中Socket编程

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Python高级编程和异步IO并发编程

这一篇我们学习下Python的socket编程。

弄懂HTTP、Socket、TCP这几个概念

我们先看下网络的七层结构模型。

OSI七层模型详解

下面是五层网络模型：

五层模型

上层的协议依赖于下层的协议（DNS依赖于UDP）

当我们应用层满足不了的时候我们如何和下层的TCP和UDP打交道呢?

我们可以使用Socket接口进行和传输层打交道，Socket是不属于任何协议。 我们可以使用Socket脱离应用层可以直接和传输层进行打交道，脱离与应用层，实现自己的应用层协议。

Socket的client和server实现通信

Socket服务端和客户端

我们先看下Socket通信结构，左侧是服务端，右侧是客户端。

对于服务端我们使用bind进行协议，地址，端口的指定，然后调用listen进行监听。

与HTTP传输相比Socket通信只要建立连接之后就可以无限发送信息在客户端和服务端之间，而HTTP是只能进行一次信息传输，必须由客户端发起。

真正的Socket是存在与uwsgi中的

下面我们编写两个文件一个是服务端，一个是客户端。

服务端socket_server.py代码：

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import socket

# 指定网络模式 和 协议 
# AF_INET 表示IPV4
# SOCK_STREAM 表示TCP协议
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 指定任何主机都可以连接 端口8000
# 注意这里必须传输进去一个tuple
server.bind(('0.0.0.0', 8000))

# 开启监听
server.listen()

# 使用accept可以获得socket和地址
sock, addr = server.accept()

# 下面接收客户端传来的消息
# 一次接收1024个字节
data = sock.recv(1024)

# 数据传输格式为byte类型，我们将其解码为utf8
print(data.decode("utf8"))

# 向客户端发送数据
sock.send((data.decode("utf8")).encode("utf8"))

# 关闭socket 和 server 一般情况是不关闭server的
sock.close()
server.close()

客户端socket_client.py的代码：

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import socket

# 这里配置和服务端一致
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 客户端就要指定IP地址了
client.connect(('127.0.0.1', 8000))

# 数据传输为byte 因此我们需要将数据编码
re_data = "红烧肉"
client.send(re_data.encode("utf8"))

# 接收服务端发送来的数据
data = client.recv(1024)
print(data.decode("utf8"))

# 关闭客户端
client.close()
socket实现聊天和多用户连接

上面我们已经完成了服务端和客户端的通信，但是信息是固定的，下面我们配置可以互发消息。

服务端代码：

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import socket
import threading

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server.bind(('0.0.0.0', 8000))
server.listen()

sock, addr = server.accept()

while True:
    data = sock.recv(1024)
    print(data.decode("utf8"))
    re_data = input()
    sock.send(re_data.encode("utf8"))

注意：我们的配置好的server只是用来监听，真正和客户端通信的是sock。

客户端代码：

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import socket

client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1', 8000))
while True:
    re_data = input()
    client.send(re_data.encode("utf8"))
    data = client.recv(1024)
    print(data.decode("utf8"))

依次运行服务端和客户端，就可以像聊天一样互发消息。

上面的代码只实现了一次建立socket，因此只支持单客户端，我们想要支持多客户端连接，就要建立多个socket。这里建立多个客户端我们通过多线程来实现。

服务端代码：

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import socket
import threading

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server.bind(('0.0.0.0', 8000))
server.listen()


def handle_sock(sock, addr):
    while True:
        data = sock.recv(1024)
        print(data.decode("utf8"))
        re_data = input()
        sock.send(re_data.encode("utf8"))

while True:
    # 把生成socket写在循环里 这样有多少个客户端就有多少个socket连接
    sock, addr = server.accept()
    
    #用线程去处理新接收的连接(用户)
    client_thread = threading.Thread(target=handle_sock, args=(sock, addr))
    client_thread.start()

客户端代码不变。

这样我们先开启服务端，就能开启多个客户端进行多客户端发消息。

Socket模拟HTTP请求

我们已经知道，socket是HTTP协议之下让我们可以使用TCP，IP的一个接口。

对于requests库是基于urlib来实现的，而urlib又是基于socket来实现的。对于网络上的大多请求（包含数据库的链接）底层都是通过socket来实现的。不同的操作系统封装了不同的socket接口。

我们先看下网页上的HTTP请求长什么样子：

请求头

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import socket
from urllib.parse import urlparse


def get_url(url):
    # 通过socket请求html
    # 使用urlparse解析请求URL
    url = urlparse(url)
    
    # 获得解析的域名
    host = url.netloc
    
    # 获得解析的路径
    path = url.path
    
    # 如果请求路径为空则需要将path设置为 / (域名请求方式)
    # https://www.baidu.com/
    if path == "":
        path = "/"

    # 建立socket连接
    client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # client.setblocking(False)
    
    # connect 连接不仅能够制定IP还能制定域名
    # 建立连接是一个耗时的过程
    client.connect((host, 80))  # 阻塞不会消耗cpu

	# 下面发送请求，数据格式非常重要 不同的网站需要的请求信息不同
    client.send("GET {} HTTP/1.1\r\nHost:{}\r\nConnection:close\r\n\r\n".format(path, host).encode("utf8"))
	
    # 解决数据大于1024
    data = b""
    while True:
        d = client.recv(1024)
        if d:
            data += d
        else:
            break

    data = data.decode("utf8")
    
    # 去除请求头 只保留返回的网页
    # 请求头和网页内容之间是两个回车换行
    html_data = data.split("\r\n\r\n")[1]
    print(html_data)
    client.close()


if __name__ == "__main__":

    url = "https://www.baidu.com/"
    get_url(url)

通过学习Socket我们发现网络请求的整个过程都是可控的。

一篇不错的参考文章：Python 中的 Socket 编程

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