pyhton下使用socket编写聊天程序
socket简介
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。所以,我们无需深入理解tcp/udp协议,socket已经为我们封装好了,我们只需要遵循socket的规定去编程,写出的程序自然就是遵循tcp/udp标准的。
我们可以简单的理解:socket=ip+port,ip是用来标识互联网中的一台主机的位置,而port是用来标识这台机器上的一个应用程序。ip与port的结合socket就标识了互联网中一个唯一的程序。
socket分类
有时人们把套接字称为“伯克利套接字”或“BSD 套接字”(最初套接字产生的地方为加利福尼亚大学伯克利分校)。一开始,套接字被设计用在同 一台主机上多个应用程序之间的通讯。这也被称进程间通讯,或 IPC。套接字有两种(或者称为有两个种族),分别是基于文件型的和基于网络型的。
1基于文件类型的套接字家族
套接字家族的名字:AF_UNIX
unix一切皆文件,基于文件的套接字调用的就是底层的文件系统来取数据,两个套接字进程运行在同一机器,可以通过访问同一个文件系统间接完成通信
2基于网络类型的套接字家族
套接字家族的名字:AF_INET
所有地址家族中,AF_INET是使用最广泛的一个,python支持很多种地址家族,但是由于我们只关心网络编程,所以大部分时候只使用AF_INET
此外还有两类鉴于实验需求不到,我们并不详细介绍。它们是:
AF_NETLINK 基于用户级别和内核级别代码之间的进程通信
AF_TIPC 基于服务器集群通信,不需要ip寻址
socket工作流程
我们先分析服务器端:服务器端先初始化Socket,然后与端口绑定(bind),对端口进行监听(listen),调用accept阻塞,等待客户端连接。
在这时如果有个客户端初始化一个Socket,然后连接服务器(connect),如果连接成功,这时客户端与服务器端的连接就建立了。
客户端发送数据请求,服务器端接收请求并处理请求,然后把回应数据发送给客户端,客户端读取数据,最后关闭连接,一次交互结束。
我们的hello/hi程序也按照上图所示的结构进行编程。
python下编写简单的hello/hi程序
服务端通过被动监听方式,监听客户端的连接请求,获取客户端发送的信息,并给客户端回信息。
server.py服务端
#一个简单的hi/hello聊天 server端 #!/usr/bin/env python3 # coding=utf-8 import socket #制定socket连接所用的ip地址和端口号 host='127.0.0.1' port=12345 #创建基于AF_INET地址族,TCP的一个套接字(服务端) serv_sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #bind进行绑定ip及端口号() serv_sock.bind((host,port)) #listen监听() serv_sock.listen(10) #等待客户端连接 print("waiting for client connect!") #被动接收客户端的连接 clnt_sock,addr=serv_sock.accept() print("the client: ",addr,"is connecting") while True: #accept并在服务端打印客户端信息: data=clnt_sock.recv(1024) if not data: print("disconnect!") clnt_sock.close() break print("client: "+ data.decode("utf-8")) #返回给客户端消息 msg = input("server: ") clnt_sock.send(msg.encode("utf-8")) serv_sock.close()
客户端连接上服务端,并给其发送信息,同时获取服务端所回信息。输入exit时,断开socket连接。
client.py客户端
#client客户端 #!/usr/bin/env python3 # coding=utf-8 import socket #制定socket连接所用的ip地址和端口号 host='127.0.0.1' port=12345 #创建同样的套接字(客户端) sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #connect() sock.connect((host,port)) while True: msg = input('input:') if msg == 'exit': break sock.send(msg.encode("utf-8")) #向服务端发送信息 recive=sock.recv(1024) recive=recive.decode("utf-8") print("server: "+ recive) else: sock.close()
运行截图
服务端
通过python3 ./server.py运行
客户端
通过python3 ./client.py运行
检查连接情况
我们可以通过netstat -an查看到最后一行的tcp连接已经建立
也可以通过ss -t state established查询已经建立的状态情况
Python/Linux Socket API对比
使用strace命令进行追溯
strace python3 ./client.py
我们在输出中找到我们需要的和socket调用相关的部分
然后分析python和linux下的API调用对比关系
python | Linux |
socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) |
socket(PF_INET, SOCK_STREAM|SOCK_CLOEXEC, IPPROTO_IP) = 3 |
serv_sock.bind((host,port)) | bind(3,{sa_family=AF_INET,sin_port=htons(12345),sin_addr("0.0.0.0")},16)=0 |
serv_sock.accept() | accept(3,{sa_family=AF_INET,sin_port=htons(12345),sin_addr("127.0.0.1")},[16]))=4 |
connect((host,port)) | connect(3,{sa_family=AF_INET,sin_port=htons(12345),sin_addr("127.0.0.1")},[16]))=4 |
通过strace命令简单的追溯,我们发现python中调用的socket相关API接口,在linux底层下都有相应的API与之对应。