使用socket在Python中進行網絡編程

一、什麼是socket

開發分佈式系統時，常會涉及到網絡通信的問題，此時，socket就用來解決了。socket是一個抽象的概念，可以想像成兩個位元組之間的通往。它是一組API，使我們能夠隨心所欲地進行網絡通信。Python提供了內置的socket庫，方便我們使用。

二、socket的類型

socket有四種類型：流式套接字（SOCK_STREAM），數據報套接字（SOCK_DGRAM），原始套接字（SOCK_RAW）和序列數據報套接字（SOCK_SEQPACKET）。下面分別介紹這四種類型：

1、流式套接字（SOCK_STREAM）：它是一種面向連接的套接字，基於TCP（可靠的，面向連接的協議）。數據在兩個套接字之間是被認為是有序的和可靠的。

2、數據報套接字（SOCK_DGRAM）：基於UDP（無連接的，不可靠的協議）。它使用數據報而不是分組來傳輸信息，每個數據報的長度均不應超過應該傳輸的最大數據報大小。由於無連接，傳輸的信息可能是無序的或出現重複。

3、原始套接字（SOCK_RAW）：是一個最基本的套接字類型，可以讓你訪問網絡層以下的協議。不過除非你需要訪問更底層的協議，否則不建議使用這個類型的套接字。

4、序列數據報套接字（SOCK_SEQPACKET）：基於TCP協議，但比流式套接字更可靠。它提供了固定長度的記錄，保證它們按照順序進行交 interchange。

三、socket常見的方法

1、socket.accept()：接受客戶端鏈接，返回新的socket對象和客戶端的地址。

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)

#關閉socket對象
conn.close()

2、socket.connect()：請求進行鏈接，返回一個socket對象。

import socket

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

#關閉socket對象
s.close()

3、socket.recv()：從socket中讀取數據。

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)

#關閉socket對象
conn.close()
s.close()

4、socket.send()：向socket中寫入數據。

import socket

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

s.send('This is some data')

#關閉socket對象
s.close()

四、socket編程實戰

下面通過一個簡單的聊天室程序來演示socket的應用。我們需要一個服務器和多個客戶端，客戶端可以向服務器發送信息，服務器收到信息後將信息轉發給所有其他客戶端。以下是服務器端的代碼：

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)

以下是客戶端的代碼：

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))

# 啟動一個新線程來接收服務器返回的消息
threading.Thread(target=read_message, args=(client,)).start()

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

以上是一個簡單的聊天室程序，通過socket實現了客戶端和服務器之間的通信。當有新的客戶端加入時，服務器會廣播通知所有其他的客戶端。當一個客戶端發送消息時，服務器也會廣播通知所有其他客戶端。

五、總結

socket是Python中用於進行網絡編程的重要庫，其提供的API可以方便地進行網絡通信。在使用socket進行編程時，應該關注其不同的類型、方法的使用以及錯誤處理等問題。