Python3 Socket编程指南 | Lance Wang Blog

最近学习python3下的安全工具开发，想自己写一个梯子。为了突破某墙的封锁，需要自己创建一个加密协议。也许你使用过requests，urlib，使用这两个东西能个便捷的使用应用层的HTTP协议进行数据传递。但自己实现一个协议，却比HTTP更加底层。请参考下面的图：

从图中可以看到，应用层的下一层是传输层，socket介于应用层和传输层之间。这什么意思呢？

socket是操作系统开放的网络编程接口，在传输层之上意味着我们不用关心具体的传输细节，比如数据包太大的时候如何分片，传输的时候如何进行错误校验保证可靠性，数据丢包了如何重传，以及如何控制网络拥塞。像这些东西，都都是属于TCP/IP协议栈内容，是由传输层实现的功能，整个协议栈都由操作系统给我们封装好了。使用Python3的socket，实际上就是在使用这个操作系统提供的网络接口。

socket由于在应用层之下，所以使用socket操作的不是任何一个协议。比如requests和urlib，你使用这两个库传输的内容都是http，地址都必须是http或https开头，但socket传输的却是整个协议的比特数组。这意味着你也能把socket当requests库用，但传输的内容是整个协议的数据，你必须自己做解析http数据的工作。

说了这么多，如果你还不理解，我想用一句话概括。使用socket能够很简单方便快捷的从联网的两台计算机之间传输比特数据。除此之外，你不用再去考虑其他细节了。

使用TCP/IP传输数据的时候，是使用的C/S架构。C是客户端，S是服务端，在传输数据的过程中，始终有一方是先发起连接，另一方再接受连接。如果把传输数据的行为比作打电话，始终都会有一方会拨出电话，另一方接听电话。那么，发起连接和拨打电话的一方是客户端，接听电话和接受连接的一方的服务端。

要使服务端在任何情况下都能接受连接，需要对端口进行监听。换句话说，要实现在任何时候都能接听电话，需要派个人对电话进行值守。监听就是值守电话的过程。

我们先来看看服务端的代码，要使用socket，需要先导入socket模块。直接使用import socket导入即可。然后我们需要初始化一个socket，然后使用listen方法对端口进行监听，监听的时候我们需要一个IP和一个端口组成的元组，最后我们就可以使用accept接受连接了。

accept是一个阻塞方法，阻塞的意思有些像你开车等红绿灯。当红灯亮起的时候，你会把车停下来等待，一直等到红灯变成绿灯。那么accept方法跟这个差不多，当程序执行到accept方法的时候，会判断当前是否有人进行连接，如果没有人连接，就一直等待。一旦有人连接了，则执行后面的代码。用红绿灯的例子来说明accept方法的话，没人链接的时候就是红灯，需要一直等待，一旦有人连接，就是绿灯了，程序继续执行。

通过accept方法，我们能够拿到两个对象，一个sock，一个addr。socks是指的进行连接的客户端，addr是指的进行连接的客户端的IP和端口。

使用sock的recv和send方法，我们就能进行接收和发送数据了。recv方法的参数是一个int，代表接收多少个长度的byte。send方法的参数则是我们需要发送的byte。

在python3中，我们可以使用str的encode把一个字符串编码为byte，使用byte的decode方法把byte解码为字符串。

完整的代码如下所示：

# coding=utf-8

'''
Created on 2021年4月13日
@author: Jason Wang

'''

import socket

if __name__ == "__main__":
    print("This is server")
    server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    server.bind(("0.0.0.0", 8000))
    server.listen()
    sock, addr = server.accept()
    send_data = "Hello world"
    sock.send(send_data.encode("utf-8"))
    recv_data = sock.recv(1024)
    print(recv_data.decode("utf-8"))
    #server.close()

这里说一下第初始化socket的几个参数，socket.AF_INET代表ipv4，如果是ipv6，可以使用socket.AF_INET6。socket.SOCK_STREAM代表TCP，如果要使用UDP，可以使用socket.SOCK_DGRAM。

我们来看看客户端。同服务端基本一样，不同的是客户不用绑定端口并监听，直接使用connect对服务端进行连接。连接后就能使用send和recv进行发送和接收数据了。如下代码：

# coding=utf-8
'''
Created on 2021年4月13日

@author: Jason Wang
'''
import socket

if __name__ == "__main__":
    print("This is client")
    client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    client.connect(("127.0.0.1", 8000))
    recv_data = client.recv(1024)
    print(recv_data.decode("utf-8"))
    client.send("I've got your message".encode("utf-8"))

上述代码中，我们连接到了127.0.0.1的8000端口，并接受了来自服务器端的数据。recv也是一个阻塞方法，如果没有数据会暂停等待数据，有数据则继续执行。接收到数据后，紧接着我们又向服务端发送了一个数据。

我们来执行一下代码，先把服务端运行起来，然后再执行客户端。服务端输出：

1 2	This is server I've got your message

客户端输出为：

1 2	This is client Hello world

可以看到，双方都接收到了来自对方的数据。

到这里就结束了吗？显然还没有。因为我们没有考虑来自多个连接的情况。我们现在的传输是一对一的，但在实际的运用中，却是一对多的。比如一个网站服务器监听80端口，却可以同时处理来自多个浏览器的访问。我们可以使用多线程来进行改造。每个请求都由一个线程进行处理。

示例代码：

# coding=utf-8
'''
Created on 2021年4月13日

@author: Jason Wang
'''
import socket, threading

def handle(sock, addr):
    send_data = "Hello world"
    sock.send(send_data.encode("utf-8"))
    recv_data = b""
    while True:
        tmp = sock.recv(1024)
        if tmp:
            recv_data += tmp
        else:
            break
    print(recv_data.decode("utf-8"))

if __name__ == "__main__":
    print("This is server")
    server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    server.bind(("0.0.0.0", 8000))
    server.listen()
    while True:
        sock, addr = server.accept()
        handle_thread = threading.Thread(target=handle, args=(sock, addr))
        handle_thread.start()
    #server.close()

关于多线程的内容，暂不再赘述。上述代码便是一个多线程处理客户端请求的示例代码。

最后，当不再使用socket，可以使用close方法关闭连接。任何时候，都应该及时关闭不用的socket。