基本知識

• 計算機網(wǎng)絡(luò)知識，主要了解一下OSI的七層架構(gòu)，以及TCP/IP的四層架構(gòu)。
• 網(wǎng)絡(luò)通信中最基本的概念：套接字，也叫通信端點、socket
• 網(wǎng)絡(luò)通信地址表示：一般是主機+端口號
• 最常用的兩種連接方式：面向連接方式（TCP，SOCK_STREAM）和面向無連接方式（UDP， SOCK_DGRAM）

這些基本的知識，網(wǎng)上有很多相關(guān)介紹，不是本章重點，有需要可以在網(wǎng)上查找相關(guān)資料。
這里學習一下python語言對底層網(wǎng)絡(luò)編程的支持，這里只學習最常用的socket編程相關(guān)知識，詳細說明可以參考官方文檔：底層網(wǎng)絡(luò)接口

socket模塊

python有一個專門的socket模塊來支持底層網(wǎng)絡(luò)通信。是對Unix系統(tǒng)調(diào)用和套接字庫接口的直譯。

socket編程基本套路

1. TCP服務(wù)端

   s = socket()  # 創(chuàng)建一個服務(wù)端socket
   s.bind()      # 綁定socket地址（ip+port）
   s.listen()    # 監(jiān)聽此地址是否有連接
   loop:
       cs = s.accept() # 阻塞等待客戶端連接，連接成功返回新的套接字對象，用于在此連接上收發(fā)數(shù)據(jù)
       comm_loop:
           cs.recv()/cs.send() # 通信：接收數(shù)據(jù)/發(fā)送數(shù)據(jù)
       cs.close() # 關(guān)閉通信套接字對象
   s.close() # 關(guān)閉服務(wù)端套接字對象
   

2. TCP客戶端

   cs = socket()  # 創(chuàng)建一個客戶端socket
   cs.connect()      # 通過服務(wù)端地址（ip + port）嘗試連接服務(wù)端
   comm_loop:
       cs.send()/cs.recv() # 通信：發(fā)送數(shù)據(jù)/接收數(shù)據(jù)
   cs.close() # 關(guān)閉客戶端套接字對象
   

3. UDP服務(wù)端

   ss = socket()  # 創(chuàng)建一個服務(wù)端socket
   ss.bind()      # 綁定服務(wù)端地址
   comm_loop:
       cs.recvfrom()/cs.sendto() # 通信：接收數(shù)據(jù)/發(fā)送數(shù)據(jù)
   cs.close() # 關(guān)閉客戶端套接字對象
   

說明： UDP無連接，不需要監(jiān)聽。先被動接收數(shù)據(jù)，會返回客戶端的地址，后面就可以根據(jù)客戶端地址主動發(fā)送消息。

4. UDP客戶端

   cs = socket()  # 創(chuàng)建一個客戶端socket
   comm_loop:
       cs.sendto()/cs.recvfrom() # 通信：發(fā)送數(shù)據(jù)/接收數(shù)據(jù)
   cs.close() # 關(guān)閉客戶端套接字對象
   

socket通信實例

先從一個TCP實例開始學習，功能比較簡單：

1. 一個客戶端，一個服務(wù)器端，兩個python程序可以放在兩臺電腦上運行
2. 客戶端給服務(wù)端發(fā)送一個消息；服務(wù)器端接收到消息之后，加上一個時間戳再返回給客戶端
3. 無消息則結(jié)束

• 服務(wù)端代碼

  from socket import *
  from time import ctime
  
  HOST = ''
  PORT = 21567
  BUFF = 1024
  
  ADDR = (HOST, PORT)
  
  tcpSvrSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
  tcpSvrSocket.bind(ADDR)
  tcpSvrSocket.listen(5)
  
  while True:
      print("Waiting for connect...")
      tcpCliSocket, addr = tcpSvrSocket.accept()
      print(f"...connected from {addr}")
  
      while True:
          data = tcpCliSocket.recv(BUFF)
          if not data:
              break;
  
          data = data.decode('utf-8')
  
          print(f'recive data from client: {data}')
  
          resMsg = f'[{ctime()}] {data}'
          tcpCliSocket.send(bytes(resMsg, 'utf-8'))
  
      tcpCliSocket.close()
  
  tcpSvrSocket.close()
  

• 客戶端代碼

  from socket import *
  
  HOST = ''
  PORT = 21567
  BUFF = 1024
  
  ADDR = (HOST, PORT)
  
  tcpCliSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
  tcpCliSocket.connect(ADDR)
  
  while True:
      data = input(">>> ")
      if not data:
          break
  
      tcpCliSocket.send(bytes(data, 'utf-8'))
      data = tcpCliSocket.recv(BUFF)
      if not data:
          break
  
      print(data.decode('utf-8'))
  
  tcpCliSocket.close()
  

說明：socket類實現(xiàn)了__enter__和__exit__，可以使用with語句自動實現(xiàn)close操作，也即使用with語句可以不用主動調(diào)用socket.close()接口

模塊說明

• 常量
  socket模塊定義了很多常量，最常使用的如下表

• 接口
  socket模塊中有一些函數(shù)可以使用，但是最常用的還是socket類生成socket對象，以及類中的接口。類原型如下：

  class socket.socket(family=AF_INET, type=SOCK_STREAM, proto=0, fileno=None)
  

常用接口信息如下表

• 異常

SocketServer模塊

socketserver模塊是一個用于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器編寫的框架，簡化了編寫網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的任務(wù)。例如上面TCP服務(wù)器端代碼可以使用此模塊改寫如下：

import socketserver

class MyTCPHandler(socketserver.StreamRequestHandler):

    def handle(self):
        # self.rfile is a file-like object created by the handler;
        # we can now use e.g. readline() instead of raw recv() calls
        self.data = self.rfile.readline().strip()
        print("{} wrote:".format(self.client_address[0]))
        print(self.data)
        # Likewise, self.wfile is a file-like object used to write back
        # to the client
        self.wfile.write(self.data.upper())

if __name__ == "__main__":
    HOST, PORT = "localhost", 21567

    # Create the server, binding to localhost on port 9999
    with socketserver.TCPServer((HOST, PORT), MyTCPHandler) as server:
        # Activate the server; this will keep running until you
        # interrupt the program with Ctrl-C
        server.serve_forever()

模塊說明

常用實體服務(wù)器類：

• TCPServer類，該類使用互聯(lián)網(wǎng) TCP 協(xié)議，它可以提供客戶端與服務(wù)器之間的連續(xù)數(shù)據(jù)流。函數(shù)原型如下：
  class socketserver.TCPServer(server_address, RequestHandlerClass, bind_and_activate=True)
• UDPServer類，該類使用數(shù)據(jù)包，即一系列離散的信息分包，它們可能會無序地到達或在傳輸中丟失。函數(shù)原型如下：
  class socketserver.UDPServer(server_address, RequestHandlerClass, bind_and_activate=True)

請求處理句柄對象：

• BaseRequestHandler類，這是所有請求處理句柄對象的超類。 它定義了下文列出的接口。 一個實體請求處理句柄子類必須定義新的 handle()方法，并可重載任何其他方法。 對于每個請求都會創(chuàng)建一個新的子類的實例。

  接口名	說明
  setup()	會在 handle() 方法之前被調(diào)用以執(zhí)行任何必要的初始化操作。 默認實現(xiàn)不執(zhí)行任何操作。
  handle()	此函數(shù)必須執(zhí)行為請求提供服務(wù)所需的全部操作。 默認實現(xiàn)不執(zhí)行任何操作。 它有幾個可用的實例屬性；請求為 self.request；客戶端地址為 self.client_address；服務(wù)器實例為 self.server，如果它需要訪問特定服務(wù)器信息的話。
  finish()	在 handle()方法之后調(diào)用以執(zhí)行任何需要的清理操作。 默認實現(xiàn)不執(zhí)行任何操作。

• StreamRequestHandler和DatagramRequestHandler類，是BaseRequestHandler的子類，重載了 setup()和 finish()方法，并提供了 self.rfile（讀取以獲取請求數(shù)據(jù)） 和 self.wfile（寫入以將數(shù)據(jù)返回給客戶端） 屬性。

當然此框架還提供了更加強大的功能，具體可以參考官方文檔