什么是Python中的套接字编程?

华为云开发者社区
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摘要:本文涵盖了有关使用Python进行套接字编程的所有领域。套接字可以帮助您建立这些连接,而Python无疑可以简化连接。

本文分享自华为云社区《从零开始学python | 什么是Python中的套接字编程以及如何掌握它?》,原文作者:Yuchuan 。

不可否认,互联网已成为“存在之魂”,其活动以“连接”或“网络”为特征。使用套接字的最关键的基础之一,使这些网络成为可能。本文涵盖了有关使用Python进行套接字编程的所有领域。套接字可以帮助您建立这些连接,而Python无疑可以简化连接。

让我们快速看一下本文涵盖的所有主题:

Why use Sockets?
What are Sockets in Python?
How to achieve Socket Programming in Python
What is a server?
What is a client?
Echo Client-Server
Multiple Communications
Transferring Python Objects

  • Python pickle module
  • How to transfer python objects using the pickle module

Why use Sockets?

套接字是网络的基础。它们使在两个不同程序或设备之间的信息传输成为可能。例如,当您打开浏览器时,您作为客户端正在与服务器建立连接以进行信息传输。

在深入探讨这种通信之前,让我们首先弄清楚这些插座的确切含义。

What are Sockets?

一般而言,套接字是为发送和接收数据而构建的内部端点。单个网络将具有两个套接字,每个通信设备或程序一个。这些套接字是IP地址和端口的组合。根据所使用的端口号,单个设备可以具有n个插槽。不同的端口可用于不同类型的协议。请看以下图像,以了解有关一些常见端口号和相关协议的更多信息:
image.png

现在您已经了解了套接字的概念,现在让我们看一下Python的Socket模块:

如何在Python中实现Socket编程:
要使用Python实现Socket编程,您将需要导入socket模块或框架。该模块由创建套接字并帮助它们彼此关联所需的内置方法组成。

一些重要的方法如下:
image.png

既然您已经了解了套接字模块的重要性,那么让我们继续看一下它如何为Python中的套接字编程创建服务器和客户端。

什么是服务器?

服务器可以是程序,计算机或专用于管理网络资源的设备。服务器可以在同一台设备或计算机上,也可以在本地连接到其他设备和计算机,甚至可以远程连接。有各种类型的服务器,例如数据库服务器,网络服务器,打印服务器等。

服务器通常使用诸如socket.socket(),socket.bind(),socket.listen()等方法来建立连接并绑定到客户端。现在,让我们编写一个程序来创建服务器。考虑以下示例:

例子:

import socket
s=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((socket.gethostname(),1234))          
#port number can be anything between 0-65535(we usually specify non-previleged ports which are > 1023)
s.listen(5)
 
while True:
    clt,adr=s.accept()
    print(f"Connection to {adr}established")  
   #f string is literal string prefixed with f which 
   #contains python expressions inside braces
    clt.send(bytes("Socket Programming in Python","utf-8 ")) #to send info to clientsocket

如您所见,创建套接字的第一个必要条件是导入套接字模块。之后,使用socket.socket()方法创建服务器端套接字。

NOTE:

AF_INET是指Internet上的地址,它需要一对(主机,端口),其中主机可以是某个特定网站的URL或它的地址,并且端口号是整数。SOCK_STREAM用于创建TCP协议。

bind()方法接受两个参数作为元组(主机,端口)。但是,最好使用4位数字的端口号,因为通常占用较小的端口号。listen()方法允许服务器接受连接。在这里,5是同时出现的多个连接的队列。此处可以指定的最小值为0(如果您提供较小的值,则将其更改为0)。如果未指定任何参数,则采用默认的合适参数。

在while循环允许接受连接永远。“ clt”和“ adr”是客户端对象和地址。print语句仅打印出客户端套接字的地址和端口号。最后,clt.send用于发送字节数据。

现在我们的服务器已经准备好了,让我们继续前进到客户端。

什么是客户端?

客户端是从服务器接收信息或服务的计算机或软件。在客户端服务器模块中,客户端从服务器请求服务。最好的例子是Web浏览器,例如Google Chrome,Firefox等。这些Web浏览器向Web服务器请求用户指示的所需网页和服务。其他示例包括在线游戏,在线聊天等。

现在让我们看一下如何用Python编程语言编写客户端程序:

例子:

import socket
s=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect((socket.gethostname(), 2346))
msg=s.recv(1024)
print(msg.decode("utf-8"))

第一步是导入套接字模块,然后创建套接字,就像创建服务器时一样。然后,要在客户端-服务器之间创建连接,您需要通过指定(主机,端口)使用connect()方法。

注意:当客户端和服务器位于同一台计算机上时,将使用gethostname。(LAN –本地IP / WAN –公用IP)

在这里,客户端希望从服务器接收一些信息,为此,您需要使用recv()方法,并且该信息存储在另一个变量msg中。请记住,传递的信息将以字节为单位,并且在上述程序的客户端中,一次传输最多可接收1024个字节(缓冲区大小)。可以指定任意数量,具体取决于传输的信息量。

最后,正在传输的消息应进行解码和打印。

既然您已经知道如何创建客户端-服务器程序,那么让我们继续看看如何执行它们。

Echo Client-Server:

要执行这些程序,请打开命令提示符,进入创建了客户端和服务器程序的文件夹,然后键入:

py server.py(在这里,server.py是服务器的文件名,您也可以使用py -3.7 server.py)

完成此操作后,服务器将开始运行。要执行客户端,请打开另一个cmd窗口,然后键入:

py client.py(此处,client.py是客户端的文件名)

输出(服务器):
image.png

(客户)
image.png

让我们通过将缓冲区大小减小到7来尝试相同的程序,然后看看我们得到什么输出:
输出:
image.png

如您所见,连接在传输7个字节后终止。但这是一个问题,因为您尚未收到完整的信息,并且连接已关闭。让我们继续解决这个问题。

Multiple Communications:

为了使连接一直持续到客户端收到完整的信息,可以使用while循环:

例子:

import socket
s=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect((socket.gethostname(), 2346))
while True:
msg=s.recv(7)
print(msg.decode("utf-8"))

完成此操作后,每次传输将以7个字节的形式接收完整的消息。

但是这一次,如您所见,连接不会终止,您也不知道何时会发生连接。除此之外,如果您实际上不知道客户端将从服务器接收到的消息或信息有多大,该怎么办。在这种情况下,您实际上可以在客户端使用以下代码:

例子:

complete_info=''
while True:
    msg = s.recv(7)  
    if len(msg)<=0:
        break
    complete_info += msg.decode("utf-8")
print(complete_info)

在服务器端,使用close()方法,如下所示:

clt.close()
输出如下图所示:

输出:
image.png

上面的代码块所做的全部工作是,检查信息的大小,并一次将其打印在两个字节的缓冲区中,再在完成连接后将其关闭。

传输Python对象:

直到这里,您才有了传输字符串的诀窍。但是,Python中的套接字编程也允许您传输Python对象。这些对象可以是集合,元组,字典等任何对象。要实现此目的,您将需要导入Python的pickle模块。

Python pickle模块:

当您实际上在python中序列化或反序列化对象时,Python pickle模块就会出现。让我们看一个小例子,

例子:

import pickle
 
mylist=[1,2,'abc']
mymsg = pickle.dumps(mylist) 
print(mymsg)

输出: b'x80x03] qx00(Kx01Kx02Xx03x00x00x00abcqx01e。

如您所见,在上面的程序中,使用pickle模块的dumps()函数对'mylist'进行了序列化。还要注意,输出以“ b”开头,这意味着它已转换为字节。在套接字编程中,可以实现此模块以在客户端和服务器之间传输python对象。

如何使用pickle模块传递python对象结构?

当您将泡菜与套接字一起使用时,您绝对可以通过网络传输任何内容。让我们写下服务器端和客户端对应项,以将列表从服务器传输到客户端:

服务器端:

import socket
import pickle
 
a=10
s=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((socket.gethostname(), 2133))        #binding tuple
s.listen(5)
while True:
    clt , adr = s.accept()
    print(f"Connection to {adr}established")
 
    m={1:"Client", 2:"Server"}
    mymsg = pickle.dumps(m)  #the msg we want to print later
    mymsg = {len(mymsg):{a}}"utf-8") + mymsg
    clt.send(mymsg)

在这里,m是一个字典,它基本上是一个python对象,需要从服务器发送到客户端。这是通过首先使用dumps()序列化对象,然后将其转换为字节来完成的。现在让我们写下客户端对应的内容:

客户端:

import socket
import pickle
a=10
s=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect((socket.gethostname(), 2133))
 
while True:
    complete_info = b''
    rec_msg = True
    while True:
        mymsg = s.recv(10)
       if rec_msg:
            print(f"The length of message = {mymsg[:a]}")
            x = int (mymsg[:a ] )
            rec_msg = False
            complete_info += mymsg
            if len(complete_info)-a == x:
            print("Recieved the complete info")
            print(complete_info[a:])
            m = pickle.loads(complete_info[a:])
            print(m)
            rec_msg = True
complete_info = b''
print(complete_info)

第一个while循环将帮助我们跟踪完整消息(complete_info)以及正在使用缓冲区接收的消息(rec_msg)。通过设置rec_设置消息,然后,在接收消息时,我所做的就是打印每个消息,并在大小为10的缓冲区中接收该消息。此大小可以是任何值,具体取决于您的个人选择。

然后,如果收到的消息等于完整的消息,那么我只是将消息打印为已接收的完整信息,然后使用loads()将消息反序列化。上面程序的输出如下:
image.png

这使我们结束了有关使用Socket进行编程的本文的结尾。希望您能清楚地理解所有概念。

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