使用socket在Python中进行网络编程

一、什么是socket

开发分布式系统时，常会涉及到网络通信的问题，此时，socket就用来解决了。socket是一个抽象的概念，可以想象成两个字节之间的通往。它是一组API，使我们能够随心所欲地进行网络通信。Python提供了内置的socket库，方便我们使用。

二、socket的类型

socket有四种类型：流式套接字（SOCK_STREAM），数据报套接字（SOCK_DGRAM），原始套接字（SOCK_RAW）和序列数据报套接字（SOCK_SEQPACKET）。下面分别介绍这四种类型：

1、流式套接字（SOCK_STREAM）：它是一种面向连接的套接字，基于TCP（可靠的，面向连接的协议）。数据在两个套接字之间是被认为是有序的和可靠的。

2、数据报套接字（SOCK_DGRAM）：基于UDP（无连接的，不可靠的协议）。它使用数据报而不是分组来传输信息，每个数据报的长度均不应超过应该传输的最大数据报大小。由于无连接，传输的信息可能是无序的或出现重复。

3、原始套接字（SOCK_RAW）：是一个最基本的套接字类型，可以让你访问网络层以下的协议。不过除非你需要访问更底层的协议，否则不建议使用这个类型的套接字。

4、序列数据报套接字（SOCK_SEQPACKET）：基于TCP协议，但比流式套接字更可靠。它提供了固定长度的记录，保证它们按照顺序进行交 interchange。

三、socket常见的方法

1、socket.accept()：接受客户端链接，返回新的socket对象和客户端的地址。

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind(('127.0.0.1', 8000))
s.listen(1)

conn, addr = s.accept()

print('New connection from %s:%d' % addr)

#关闭socket对象
conn.close()

2、socket.connect()：请求进行链接，返回一个socket对象。

import socket

s = socket.socket()
s.connect(('127.0.0.1', 8000))

#关闭socket对象
s.close()

3、socket.recv()：从socket中读取数据。

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind(('127.0.0.1', 8000))
s.listen(1)

conn, addr = s.accept()

data = conn.recv(1024)

print('Received data:', data)

#关闭socket对象
conn.close()
s.close()

4、socket.send()：向socket中写入数据。

import socket

s = socket.socket()
s.connect(('127.0.0.1', 8000))

s.send('This is some data')

#关闭socket对象
s.close()

四、socket编程实战

下面通过一个简单的聊天室程序来演示socket的应用。我们需要一个服务器和多个客户端，客户端可以向服务器发送信息，服务器收到信息后将信息转发给所有其他客户端。以下是服务器端的代码：

import select
import socket
import sys

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
server.bind(('0.0.0.0', 8000))
server.listen(5)

inputs = [server]
clients = {}

def broadcast_message(message, sender):
    for sock in clients:
        if sock != server and sock != sender:
            try:
                sock.sendall(message)
            except Exception as e:
                print(e)
                sock.close()
                clients.pop(sock)

while True:
    readable, _, _ = select.select(inputs, [], [])
    
    for sock in readable:
        if sock == server:
            conn, addr = sock.accept()
            print('Received new connection from %s:%d' % addr)
            inputs.append(conn)
            clients[conn] = addr
        else:
            try:
                data = sock.recv(1024)
            except:
                data = None
            
            if data:
                message = b'%s:%s' % (clients[sock], data)
                broadcast_message(message, sock)
            else:
                sock.close()
                inputs.remove(sock)
                clients.pop(sock)

以下是客户端的代码：

import socket
import sys
import threading

def read_message(sock):
    while True:
        data = sock.recv(1024)
        if data:
            print(data)

name = input('Enter your name:')
client = socket.socket()
client.connect(('127.0.0.1', 8000))

# 启动一个新线程来接收服务器返回的消息
threading.Thread(target=read_message, args=(client,)).start()

# 发送消息到服务器
while True:
    message = input()
    if message:
        data = b'%s:%s\n' % (name, message.encode('utf-8'))
        client.sendall(data)

以上是一个简单的聊天室程序，通过socket实现了客户端和服务器之间的通信。当有新的客户端加入时，服务器会广播通知所有其他的客户端。当一个客户端发送消息时，服务器也会广播通知所有其他客户端。

五、总结

socket是Python中用于进行网络编程的重要库，其提供的API可以方便地进行网络通信。在使用socket进行编程时，应该关注其不同的类型、方法的使用以及错误处理等问题。