提起网络编程，不同于web编程，它主要是C/S架构，也就是服务器、客户端结构的。对于初学者而言，最需要理解的不是网络的概念，而是python对于网络编程都提供了些什么模块和功能。不同于计算机发展的初级阶段，程序员走到今天，已经脱离了手工打造一切，要自己实现所有细节的年代。现在提倡的是不要重复造*，而是学习别人的*怎么用，只有那些有需求或能专研的人才去设计*甚至汽车，so，这是一个速成的年代。
因此，对于一个面向工作的python程序员，学习python的网络编程，其实学的就是那么几个模块，和你学习打游戏，word、excel没什么两样，本质上不是创造而是拿来主义，千万不要以为你需要从TCP/IP网络协议最底层开始一点一点实现所有的功能，它们都被封装在socket这个模块里。
socket概念
我相信，所有的初学者都曾经被各种各样的标准模块和第三方模块所困扰，不知道该用哪个。同时，每个模块也包含许许多多的类，继承关系复杂，更是让人挠头。读源码看官方文档研究高手的文章更是一个漫长的过程。为什么就没有人将这些模块和类给梳理一下呢？？？难道这就是编程界的自我封闭和筛选机制？
在谈及socket编程，必须知道这么几个概念：阻塞与非阻塞，同步与异步，多线程与多进程，IO多路复用与事件驱动。但是本文不打算讲这些。实际上你只需要知道两个模块三个类，就OK了，绝对速成！（以下为python3.5）
socket模块：socket类
socketserver模块：ThreadingTCPServer、ForkingTCPServer类
对于socket模块你必须透彻其原理，了熟于胸。但它是一个同步阻塞类型的模块，只能进行一对一的通信，在现今的计算机世界，属于最落后被淘汰的东西，基本不在实际中应用。
socketserver模块稍微有点用，它能通过多线程或多进程的方式与多个用户同时进行通信。从字面就能看出ThreadingTCPServer类是实现的多线程，ForkingTCPServer是实现的多进程。
socket模块
再怎么说它没用，它也是基础中的基础，不理解它的原理，那么更高级的模块就会掌握不透彻。
socket（套接字）是什么？socket就是两个节点为了互相通信，而在各自家里装的一部”电话“
socket模块是什么？socket模块是python内置的为了方便简单快速进行网络编程而提供的现成的”*“。它将TCP/IP协议进行了封装，你不需要知道如何进行网络通信，你只需要import socket，然后直接使用它提供的功能就好了。可以用下图来表示：
socket是基于C/S架构的，它的通信逻辑如下图：（借用图）
进行socket编程，必须写两个py文件，一个服务端，一个客户端。但是有两点必须强调：
1. python3以后，socket传递的都是bytes类型的数据，string需要先转换一下，string.encode()即可；
另一端接收到的bytes数据想转换成string，只要bytes.decode()一下就可以。
2. 在正常通信时，accept和recv方法是阻塞的，程序会暂停在那，一直等到有数据过来。
下面是一个例子：
#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import socket
ip_port = ('127.0.0.1',9999)
sk = socket.socket()
sk.bind(ip_port)
sk.listen(5)
while True:
print('server waiting...')
conn,addr = sk.accept()
client_data = conn.recv(1024)
print(client_data)
conn.sendall('我是黄河！')
conn.close()
socket server
#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import socket
ip_port = ('127.0.0.1',9999)
s = socket.socket()
s.connect(ip_port)
s.sendall('我是长江')
server_reply = s.recv(1024)
print(server_reply)
s.close()
socket client
方法分析：
sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM,0) 实例化socket类的一个对象
参数一：地址簇
socket.AF_INET IPv4（默认）
socket.AF_INET6 IPv6
socket.AF_UNIX 只能够用于单一的Unix系统进程间通信
参数二：类型
socket.SOCK_STREAM 流式socket , for TCP （默认）
socket.SOCK_DGRAM 数据报式socket , for UDP
socket.SOCK_RAW 原始套接字，普通的套接字无法处理ICMP、IGMP等网络报文，而SOCK_RAW可以；其次，SOCK_RAW也可以处理特殊的IPv4报文；此外，利用原始套接字，可以通过IP_HDRINCL套接字选项由用户构造IP头。
socket.SOCK_RDM 是一种可靠的UDP形式，即保证交付数据报但不保证顺序。SOCK_RAM用来提供对原始协议的低级访问，在需要执行某些特殊操作时使用，如发送ICMP报文。SOCK_RAM通常仅限于高级用户或管理员运行的程序使用。
socket.SOCK_SEQPACKET 可靠的连续数据包服务
参数三：协议
0 （默认）与特定的地址家族相关的协议,如果是 0 ，则系统就会根据地址格式和套接类别,自动选择一个合适的协议
下面是一个UDP协议的例子，注意其中没有accept和connect的概念。
# 服务端
import socket
ip_port = ('127.0.0.1',9999)
sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM,0)
sk.bind(ip_port)
while True:
data = sk.recv(1024)
print(data)
# 客户端
import socket
ip_port = ('127.0.0.1',9999)
sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM,0)
while True:
inp = input('数据：').strip()
if inp == 'exit':
break
sk.sendto(inp,ip_port)
sk.close()
UDP Demo
sk.bind(address)
s.bind(address) 将套接字绑定到地址。address地址的格式取决于地址族。在AF_INET下，以元组（host,port）的形式表示地址。
sk.listen(backlog)
开始监听传入连接。backlog指定在拒绝连接之前，可以挂起的最大连接数量，也就是除了当前正在和服务器进行通信的连接外，还可以
进入链接池的连接个数。超过这个数的连接将被服务器积极拒绝，无法建立连接。backlog等于5，表示内核已经接到了连接请求，但服务器
还没有调用accept进行处理的连接个数最大为5,这个值不能无限大，因为要在内核中维护连接队列
sk.setblocking(bool)
是否阻塞（默认True），如果设置False，那么accept和recv时一旦无数据，则报错。socket由阻塞变成非阻塞模式的关键参数！
sk.accept()
接受连接并返回（conn,address）,其中conn是新的套接字对象，可以用来接收和发送数据。address是连接客户端的地址。
接收TCP 客户的连接（阻塞式）等待连接的到来
sk.connect(address)
连接到address处的套接字。一般，address的格式为元组（hostname,port）,如果连接出错，返回socket.error错误。
sk.connect_ex(address)
同上，只不过会有返回值，连接成功时返回 0 ，连接失败时候返回编码，例如：10061
sk.close()
关闭套接字
sk.recv(bufsize[,flag])
接受套接字的数据。数据以字符串形式返回，bufsize指定最多可以接收的数量。flag提供有关消息的其他信息，通常可以忽略。
sk.recvfrom(bufsize[.flag])
与recv()类似，但返回值是（data,address）。其中data是包含接收数据的字符串，address是发送数据的套接字地址。
sk.send(string[,flag])
将string中的数据发送到连接的套接字。返回值是要发送的字节数量，该数量可能小于string的字节大小。即：可能未将指定内容全部发送。
sk.sendall(string[,flag])
将string中的数据发送到连接的套接字，但在返回之前会尝试发送所有数据。成功返回None，失败则抛出异常。
内部通过递归调用send，将所有内容发送出去。
sk.sendto(string[,flag],address)
将数据发送到套接字，address是形式为（ipaddr，port）的元组，指定远程地址。返回值是发送的字节数。该函数主要用于UDP协议。
sk.settimeout(timeout)
设置套接字操作的超时期，timeout是一个浮点数，单位是秒。值为None表示没有超时期。一般，超时期应该在刚创建套接字时设置，
因为它们可能用于连接的操作（如 client 连接最多等待5s ）
sk.getpeername()
返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。
sk.getsockname()
返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)
sk.fileno()
套接字的文件描述符
SocketServer模块
SocketServer内部使用 IO多路复用 以及 “多线程” 和 “多进程” ，从而实现并发处理多个客户端请求的Socket服务端。即：每个客户端请求连接到服务器时，Socket服务端都会在服务器内创建一个“线程”或者“进程” 专门负责处理当前客户端的所有请求。
ThreadingTCPServer（多线程）
ThreadingTCPServer实现的Soket服务器内部会为每个client创建一个 “线程”，该线程用来和客户端进行交互。服务器相当于一个总管，在接收连接并创建新的线程后，就撒手不管了，后面的通信就是线程和客户端之间的连接了，理解这一点很重要！
1、ThreadingTCPServer基础
使用ThreadingTCPServer:
- 创建一个继承自 SocketServer.BaseRequestHandler 的类
- 类中必须定义一个名称为 handle 的方法
- 启动ThreadingTCPServer
#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import socketserver
class MyServer(socketserver.BaseRequestHandler):
def handle(self):
# print self.request,self.client_address,self.server
conn = self.request
conn.sendall('欢迎致电 10086，请输入1xxx,0转人工服务.')
Flag = True
while Flag:
data = conn.recv(1024)
data = str(data, encoding="utf-8")
if data == 'exit':
Flag = False
':
conn.sendall(bytes('通过可能会被录音.balabala一大推',encoding="utf-8"))
else:
conn.sendall(bytes('请重新输入',encoding="utf-8"))
if __name__ == '__main__':
server = socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8009),MyServer)
server.serve_forever()
SocketServer 服务器
#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import socket
ip_port = ('127.0.0.1',8009)
sk = socket.socket()
sk.connect(ip_port)
sk.settimeout(5)
while True:
data = sk.recv(1024)
print('receive:',data)
inp = input('please input:')
sk.sendall(bytes(inp, encoding="utf-8"))
if inp == 'exit':
break
sk.close()
socketserver 客户端
分析一下服务器端的代码，核心要点有这些：
- 连接对象不再是socket模块中的socket.socket()了，而是self.request，这是固定语法，不可变！以后调用send和recv方法都是使用self.request
- handle方法是整个连接的处理核心，一旦它运行结束，整个连接也就断了（但其他的线程和其他的客户端还正常），因此一般在此设置一个无限循环。
- 在server = SocketServer.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8009),MyServer)这个实例化的过程中，必须将自己创建的类，作为参数传递进去
- server.serve_forever()表示该服务器在正常情况下将永远运行
2、ThreadingTCPServer源码剖析
ThreadingTCPServer类的继承关系如下：
内部调用流程为：
- 启动服务端程序
- 执行 TCPServer.__init__ 方法，创建服务端Socket对象并绑定 IP 和 端口
- 执行 BaseServer.__init__ 方法，将自定义的继承自SocketServer.BaseRequestHandler 的类 MyRequestHandle赋值给self.RequestHandlerClass
- 执行 BaseServer.server_forever 方法，While 循环一直监听是否有客户端请求到达 ...
- 当客户端连接到达服务器
- 执行 ThreadingMixIn.process_request 方法，创建一个 “线程” 用来处理请求
- 执行 ThreadingMixIn.process_request_thread 方法
- 执行 BaseServer.finish_request 方法，执行 self.RequestHandlerClass() 即：执行 自定义 MyRequestHandler 的构造方法（自动调用基类BaseRequestHandler的构造方法，在该构造方法中又会调用 MyRequestHandler的handle方法）
ThreadingTCPServer相关源码：
class BaseServer:
"""Base class for server classes.
Methods for the caller:
- __init__(server_address, RequestHandlerClass)
- serve_forever(poll_interval=0.5)
- shutdown()
- handle_request() # if you do not use serve_forever()
- fileno() -> int # for select()
Methods that may be overridden:
- server_bind()
- server_activate()
- get_request() -> request, client_address
- handle_timeout()
- verify_request(request, client_address)
- server_close()
- process_request(request, client_address)
- shutdown_request(request)
- close_request(request)
- handle_error()
Methods for derived classes:
- finish_request(request, client_address)
Class variables that may be overridden by derived classes or
instances:
- timeout
- address_family
- socket_type
- allow_reuse_address
Instance variables:
- RequestHandlerClass
- socket
"""
timeout = None
def __init__(self, server_address, RequestHandlerClass):
"""Constructor. May be extended, do not override."""
self.server_address = server_address
self.RequestHandlerClass = RequestHandlerClass
self.__is_shut_down = threading.Event()
self.__shutdown_request = False
def server_activate(self):
"""Called by constructor to activate the server.
May be overridden.
"""
pass
def serve_forever(self, poll_interval=0.5):
"""Handle one request at a time until shutdown.
Polls for shutdown every poll_interval seconds. Ignores
self.timeout. If you need to do periodic tasks, do them in
another thread.
"""
self.__is_shut_down.clear()
try:
while not self.__shutdown_request:
# XXX: Consider using another file descriptor or
# connecting to the socket to wake this up instead of
# polling. Polling reduces our responsiveness to a
# shutdown request and wastes cpu at all other times.
r, w, e = _eintr_retry(select.select, [self], [], [],
poll_interval)
if self in r:
self._handle_request_noblock()
finally:
self.__shutdown_request = False
self.__is_shut_down.set()
def shutdown(self):
"""Stops the serve_forever loop.
Blocks until the loop has finished. This must be called while
serve_forever() is running in another thread, or it will
deadlock.
"""
self.__shutdown_request = True
self.__is_shut_down.wait()
# The distinction between handling, getting, processing and
# finishing a request is fairly arbitrary. Remember:
#
# - handle_request() is the top-level call. It calls
# select, get_request(), verify_request() and process_request()
# - get_request() is different for stream or datagram sockets
# - process_request() is the place that may fork a new process
# or create a new thread to finish the request
# - finish_request() instantiates the request handler class;
# this constructor will handle the request all by itself
def handle_request(self):
"""Handle one request, possibly blocking.
Respects self.timeout.
"""
# Support people who used socket.settimeout() to escape
# handle_request before self.timeout was available.
timeout = self.socket.gettimeout()
if timeout is None:
timeout = self.timeout
elif self.timeout is not None:
timeout = min(timeout, self.timeout)
fd_sets = _eintr_retry(select.select, [self], [], [], timeout)
if not fd_sets[0]:
self.handle_timeout()
return
self._handle_request_noblock()
def _handle_request_noblock(self):
"""Handle one request, without blocking.
I assume that select.select has returned that the socket is
readable before this function was called, so there should be
no risk of blocking in get_request().
"""
try:
request, client_address = self.get_request()
except socket.error:
return
if self.verify_request(request, client_address):
try:
self.process_request(request, client_address)
except:
self.handle_error(request, client_address)
self.shutdown_request(request)
def handle_timeout(self):
"""Called if no new request arrives within self.timeout.
Overridden by ForkingMixIn.
"""
pass
def verify_request(self, request, client_address):
"""Verify the request. May be overridden.
Return True if we should proceed with this request.
"""
return True
def process_request(self, request, client_address):
"""Call finish_request.
Overridden by ForkingMixIn and ThreadingMixIn.
"""
self.finish_request(request, client_address)
self.shutdown_request(request)
def server_close(self):
"""Called to clean-up the server.
May be overridden.
"""
pass
def finish_request(self, request, client_address):
"""Finish one request by instantiating RequestHandlerClass."""
self.RequestHandlerClass(request, client_address, self)
def shutdown_request(self, request):
"""Called to shutdown and close an individual request."""
self.close_request(request)
def close_request(self, request):
"""Called to clean up an individual request."""
pass
def handle_error(self, request, client_address):
"""Handle an error gracefully. May be overridden.
The default is to print a traceback and continue.
"""
print '-'*40
print 'Exception happened during processing of request from',
print client_address
import traceback
traceback.print_exc() # XXX But this goes to stderr!
print '-'*40
BaseServer
class TCPServer(BaseServer):
"""Base class for various socket-based server classes.
Defaults to synchronous IP stream (i.e., TCP).
Methods for the caller:
- __init__(server_address, RequestHandlerClass, bind_and_activate=True)
- serve_forever(poll_interval=0.5)
- shutdown()
- handle_request() # if you don't use serve_forever()
- fileno() -> int # for select()
Methods that may be overridden:
- server_bind()
- server_activate()
- get_request() -> request, client_address
- handle_timeout()
- verify_request(request, client_address)
- process_request(request, client_address)
- shutdown_request(request)
- close_request(request)
- handle_error()
Methods for derived classes:
- finish_request(request, client_address)
Class variables that may be overridden by derived classes or
instances:
- timeout
- address_family
- socket_type
- request_queue_size (only for stream sockets)
- allow_reuse_address
Instance variables:
- server_address
- RequestHandlerClass
- socket
"""
address_family = socket.AF_INET
socket_type = socket.SOCK_STREAM
request_queue_size = 5
allow_reuse_address = False
def __init__(self, server_address, RequestHandlerClass, bind_and_activate=True):
"""Constructor. May be extended, do not override."""
BaseServer.__init__(self, server_address, RequestHandlerClass)
self.socket = socket.socket(self.address_family,
self.socket_type)
if bind_and_activate:
try:
self.server_bind()
self.server_activate()
except:
self.server_close()
raise
def server_bind(self):
"""Called by constructor to bind the socket.
May be overridden.
"""
if self.allow_reuse_address:
self.socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
self.socket.bind(self.server_address)
self.server_address = self.socket.getsockname()
def server_activate(self):
"""Called by constructor to activate the server.
May be overridden.
"""
self.socket.listen(self.request_queue_size)
def server_close(self):
"""Called to clean-up the server.
May be overridden.
"""
self.socket.close()
def fileno(self):
"""Return socket file number.
Interface required by select().
"""
return self.socket.fileno()
def get_request(self):
"""Get the request and client address from the socket.
May be overridden.
"""
return self.socket.accept()
def shutdown_request(self, request):
"""Called to shutdown and close an individual request."""
try:
#explicitly shutdown. socket.close() merely releases
#the socket and waits for GC to perform the actual close.
request.shutdown(socket.SHUT_WR)
except socket.error:
pass #some platforms may raise ENOTCONN here
self.close_request(request)
def close_request(self, request):
"""Called to clean up an individual request."""
request.close()
TCPServer
class ThreadingMixIn:
"""Mix-in class to handle each request in a new thread."""
# Decides how threads will act upon termination of the
# main process
daemon_threads = False
def process_request_thread(self, request, client_address):
"""Same as in BaseServer but as a thread.
In addition, exception handling is done here.
"""
try:
self.finish_request(request, client_address)
self.shutdown_request(request)
except:
self.handle_error(request, client_address)
self.shutdown_request(request)
def process_request(self, request, client_address):
"""Start a new thread to process the request."""
t = threading.Thread(target = self.process_request_thread,
args = (request, client_address))
t.daemon = self.daemon_threads
t.start()
ThreadingMixIn
class ThreadingTCPServer(ThreadingMixIn, TCPServer): pass # 还有比这更简单，更NB的类吗
ThreadingTCPServer
class BaseRequestHandler:
"""Base class for request handler classes.
This class is instantiated for each request to be handled. The
constructor sets the instance variables request, client_address
and server, and then calls the handle() method. To implement a
specific service, all you need to do is to derive a class which
defines a handle() method.
The handle() method can find the request as self.request, the
client address as self.client_address, and the server (in case it
needs access to per-server information) as self.server. Since a
separate instance is created for each request, the handle() method
can define arbitrary other instance variariables.
"""
def __init__(self, request, client_address, server):
self.request = request
self.client_address = client_address
self.server = server
self.setup()
try:
self.handle()
finally:
self.finish()
def setup(self):
pass
def handle(self):
pass
def finish(self):
pass
SocketServer.BaseRequestHandler
ForkingTCPServer
ForkingTCPServer和ThreadingTCPServer的使用和执行流程基本一致，只不过在内部分别为请求者建立 “线程” 和 “进程”。
基本使用：
#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import socketserver
class MyServer(socketserver.BaseRequestHandler):
def handle(self):
# print self.request,self.client_address,self.server
conn = self.request
conn.sendall(bytes('欢迎致电 10086，请输入1xxx,0转人工服务.',encoding="utf-8"))
Flag = True
while Flag:
data = conn.recv(1024)
data = str(data,encoding="utf-8")
if data == 'exit':
Flag = False
':
conn.sendall(bytes('通过可能会被录音.balabala一大推',encoding="utf-8"))
else:
conn.sendall(bytes('请重新输入.',encoding="utf-8"))
if __name__ == '__main__':
server = socketserver.ForkingTCPServer(('127.0.0.1',8009),MyServer)
server.serve_forever()
多进程socket服务器
客户端不需要修改。所有的变化都是在服务器端。以上ForkingTCPServer只是将 ThreadingTCPServer 实例中的代码：
server = socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8009),MyRequestHandler)
变更为：
server = socketserver.ForkingTCPServer(('127.0.0.1',8009),MyRequestHandler)