七.网络编程

网络编程

Socket介绍

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

Python中提供socket.py标准库，非常底层的接口库。
Socket是一种通用的网络编程接口，和网络层次没有一一对应关系。
协议族：
AF表示Address Family，用于socket()第一个参数。

• AF_INET IPV4
• AF_INET IPV6

Socket类型

• SOCK_STREAM 面向连接的流套接字。TCP协议
• SOCK_DGRAM 无连接的数据报文套接字，UDP协议

TCP编程

Socket编程，需要两端，一般来说一个服务端，一个客户端。

TCP服务端步骤：
1）创建Socket对象
2）绑定IP地址Address和端口Port。 bind()方法 端口对应的就是进程
3）开始监听，将在指定的IP端口上监听。listen()方法。
4）获取用于传送数据的Socket对象
socket.accept() -> (socket object, address info)
accept方法阻塞等待客户端建立连接，返回一个Socket对象和客户端地址的二元组。
地址是远程客户端的地址，IPV4它是一个二元组(clientaddr, port)

• 接收数据：recv(bufsize[, flags]) 使用缓冲区接收数据
• 发送数据：send(bytes) 发送数据

示例

import time
#TCP Server
sock = socket.socket() #默认IPv4，TCP 
ip = '127.0.0.1'
port = 9999 # 整数
addr = (ip, port)
sock.bind(addr) # 绑定IP和端口
sock.listen()  #监听
conn, addrinfo = sock.accept() #返回一个socket对象和一个远端地址，默认阻塞
data = conn.recv(1024) # 接收数据
print(data)
msg = '已接收到数据 {}'.format(data.decode())
conn.send(msg.encode()) #传送字节流数据
conn.close()
sock.close()

socket常用方法

方法	描述
socket.recv(bufsize[, flags])	获取数据，默认是阻塞方式
socket.recvfrom(bufsize[, flags])	获取数据，返回一个二元组(bytes, address)
socket.recv_into(buffer[, nbytes[, flags]])	获取到nbytes数据后，存储到buffer中。如果nbytes没有指定或0，将buffer大小的数据存入buffer中。返回接收的字节数
socket.recvfrom_into(buffer[, nbytes[, flags])	获取数据，返回一个二元组(bytes, address)到buffer中。
socket.send(bytes[, flags)	TCP发送数据
socket.sendall(bytes[, flags)	TCP发送全部数据，成功返回None
s.sendto(string[,flags],address)	UDP发送数据
socket.sendfile(file, offset=0, count=None)	发送一个文件直到EOF，使用高性能的os.sendfile机制，返回发送的字节数。
socket.makefile(mode='r', buffering=None,* ,encoding=None, errors=None, newline=None)	创建一个与该套接字相关联的文件对象。

• makefile示例

import threading
import socket
import logging
import time
logging.basicConfig(level=logging.INFO, format='%(thread)d %(threadName)s %(message)s')

#TCP Server
sock = socket.socket() #默认IPV4 TCP
ip = '127.0.0.1'
port = 9999 # 整数
addr = (ip, port)
sock.bind(addr) # 绑定IP和端口
sock.listen()  #监听
conn, addrinfo = sock.accept() #返回一个socket对象和一个远端地址，默认阻塞

f = conn.makefile(mode='rw')
line = f.read(10)
print(line)
f.write('Return your msg:{}'.format(line))
f.flush()
f.close()

UDP服务端：

大致与TCP相似， 具体如下
1）创建socket对象
2）绑定IP和port
3）传输数据
接收数据：socket.recvfrom(bufsize[,flags])
发送数据: socket.sendto(string, address)
4）释放资源
UDP客户端：
1）创建socket对象
2）发送数据：socket.sendto(string, address) 发给某地址某信息
3）释放资源

Socketserver

socket编程过于底层，所以很多语言都对socket底层API进行了封装，Python的封装就是socketserver模块

SocketServer简化了网络服务器的编写。
它有4个同步类TCPServer、UDPServer、UnixStreamServer、UnixDatagramServer
2个Mixin类ForkingMixin和ThreadingMixin来支持异步。
class ForingUDPServer(ForkingMixin, UDPServer): Pass
class ForingTCPServer(ForkingMixin, TCPServer): Pass
class ThreadingUDPServer(ThreadingMixin, UDPServer): pass
class ThreadingTCPServer(ThreadingMixin, TCPServer): pass

编程接口：

• socketserver.BaseServer(server_address, RequestHandlerClass)
  需要提供服务器绑定的地址信息，和用于处理请求的RequestHandlerClass类。

• RequestHandlerClass类必须是BaseRequestHandlerClass的子类

• BaseRequestHandlerClass
  和用户连接(socket连接)的用户请求处理类，Server实例接收用户请求后，
  最后会实例化这个类。
  它被初始化后，送入3个构造参数：request、client_address、server
  以后可以在BaseRequestHandlerClass类的实例上通过。
  self.request是和客户端连接的socket对象
  self.server是TCPServer的本身
  self.client_address是客户端地址。
  它会一次调用3个函数，子类可以覆盖。

BaseRequestHandlerClass： #要子类覆盖的方法
    def setup(self): #每一个连接初始化
        pass
    def handle(self): #每一次请求处理
        pass
    def finish(self): #每一个连接清理
        pass

示例

import socketserver
import threading
# 处理用户请求
class MyHandler(socketserver.BaseRequestHandler):

    def setup(self):
        super().setup()
        # TODO
        self.event = threading.Event()

    def handle(self):
        super().handle()
        print(self.server, self.client_address, self.request)
        # 循环，没有循环，连接处理直接断掉了
        while not self.event.is_set():
            data = self.request.recv(1024).decode()
            msg = "Your msg={}".format(data)
            print(msg)
            self.request.send(msg.encode())
            if not data:
                break

    def finish(self):
        super().finish()


#启动服务 服务器绑定地址
ADDR = ('127.0.0.1', 9999)
server = socketserver.ThreadingTCPServer(ADDR, MyHandler)
server.serve_forever()

server.shutdown()
server.server_close()

总结：
创建服务器的步骤
1.通过对BaseRequestHandler类进行子类化，并覆盖handle()方法来创建请求处理类，此方法将处理传入请求
2.必须实例化一个服务器类，将它传递服务器的地址和请求处理程序类。
3.调用服务器对象的handle_request()或者server_forever()方法
4.调用socket_close()关闭套接字。shutdown()方法等待停止forever()方法