Python 中 Socket 模块详解

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好的，下面是关于 Python 中 socket 模块的完整博文，涵盖了之前提到的所有要点。

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Python 中 Socket 模块详解

一、网络基础知识

Socket 是网络连接的端点。在网络通信中，Socket 作为一个抽象层，允许程序通过 IP 地址和端口进行数据交换。例如，当你的 Web 浏览器请求某个网站时，浏览器会创建一个 Socket 并连接到 Web 服务器的特定 IP 地址和端口。每个 Socket 都被绑定到一个特定的 IP 地址和端口，IP 地址通常是一个四部分的数字序列（例如，192.168.1.1），而端口号的范围是 0~65535。

公共与私有 IP 地址

并非所有 IP 地址都是公共可见的。某些地址（如 192.168.x.x 和 10.x.x.x）是为私有网络保留的。地址 127.0.0.1 是本地回环地址，指向本机，常用于本地测试。

二、Socket 模块的基本操作

1. 创建 Socket

在 Python 中，可以使用 socket 模块创建 Socket 对象：

import socket

# 创建一个 TCP Socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

2. 绑定地址和端口

在服务器端，Socket 需要绑定到一个特定的地址和端口：

s.bind(('127.0.0.1', 44444))

3. 监听连接

接下来，服务器可以开始监听来自客户端的连接请求：

s.listen(1)
print("Server is listening...")

4. 接受连接

当有客户端连接时，服务器可以接受这个连接：

client_socket, address = s.accept()
print(f"Connection from {address} has been established!")

5. 连接 Socket

在客户端，可以使用以下代码连接到服务器：

client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client_socket.connect(('127.0.0.1', 44444))

三、发送和接收数据

1. 发送数据

在服务器端，使用 send 方法发送数据：

client_socket.send(b"Hello, Client!")

2. 接收数据

在客户端，可以使用 recv 方法接收数据：

data = client_socket.recv(1024)
print(f"Received: {data.decode()}")

3. 确保数据发送完整

在发送大量数据时，可以使用以下方法确保所有数据都被发送：

def safe_send(sock, msg):
    total_sent = 0
    while total_sent < len(msg):
        sent = sock.send(msg[total_sent:])
        if sent == 0:
            raise RuntimeError("socket connection broken")
        total_sent += sent

四、使用 Socket 的高级功能

1. Socket 选项

可以通过 setsockopt 方法设置 Socket 的选项，例如设置发送缓冲区的大小：

s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_SNDBUF, 65535)

2. 获取连接信息

使用 getpeername 和 getsockname 获取远程和本地 Socket 的信息：

local_addr = s.getsockname()
remote_addr = client_socket.getpeername()
print(f"Local address: {local_addr}, Remote address: {remote_addr}")

3. 异常处理

在网络编程中，处理异常非常重要。例如，可以捕获连接错误：

try:
    client_socket.connect(('127.0.0.1', 44444))
except socket.error as e:
    print(f"Connection failed: {e}")

五、字节序转换

在进行网络通信时，字节序可能会导致问题。使用以下函数进行转换：

host_order = socket.ntohs(network_order)
network_order = socket.htons(host_order)

六、完整示例

以下是一个简单的 TCP 服务器和客户端示例：

服务器端代码：

import socket

def server():
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    s.bind(('127.0.0.1', 44444))
    s.listen(1)
    print("Server is listening...")
    
    client_socket, address = s.accept()
    print(f"Connection from {address} has been established!")
    
    client_socket.send(b"Hello, Client!")
    client_socket.close()
    s.close()

if __name__ == "__main__":
    server()

客户端代码：

import socket

def client():
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    s.connect(('127.0.0.1', 44444))
    
    data = s.recv(1024)
    print(f"Received: {data.decode()}")
    s.close()

if __name__ == "__main__":
    client()

七、总结

Python 的 socket 模块提供了强大的网络编程能力。通过了解基础的 Socket 操作、数据发送接收、Socket 选项以及异常处理，开发者可以轻松地实现网络应用。希望这篇博文能帮助你更好地理解和使用 Python 的 Socket 模块。